盐田 图片来源：pixabay
用《侏罗纪公园》的顾问伊恩·马尔科姆博士臭名昭著的话来说，“生命总会找到出路”。在海洋深处，在火山泉中，在四米厚的冰层下，几乎所有科学家能想到的在地球上寻找生命的地方，我们都发现了生命。
这些生物在极端条件下生存的方法教会了我们如何更好地保护我们的身体，如何复制DNA来更好地诊断疾病，并帮助我们了解了生命如何在1亿年的全球冰河时代中幸存下来。
在我的整个职业生涯中，我一直在收集来自极端环境的生物。第一种是叫做盐生杜氏藻的单细胞藻类，它栖息在盐田中，即水蒸发后留下非常高浓度盐分的宽阔平坦的土地。盐分似乎不是生物生存压力的显著原因，但它可以从细胞中吸取足够的水分使其破裂，从而杀死生物体。
我的工作旨在确定盐生杜氏藻是喜欢极端条件的“极端微生物”还是仅仅只是耐受高盐条件而偏爱少盐条件。事实显然不是后者，我从来没有找到它的最佳状态，因为加的盐越多，它生长得越好。他是一个真正的极端微生物。
图片来源：pixabay
盐生杜氏藻通过在其细胞内携带高水平的甘油（一种甜味液体化学物质）来补偿盐胁迫，平衡水移动的方向以阻止水通过渗透作用从细胞中排出。它还必须在干燥、暴露的盐田中应对令人难以置信的高水平紫外线辐射。这就是为什么它含有高浓度的β-胡萝卜素，一种维生素A，因为这可以保护它免受紫外线伤害。
作为历史上最大的生物技术成功案例之一，盐生杜氏藻现在已被商业培植来用于膳食补充剂和护肤产品，尤其是用于保护皮肤免受紫外线辐射的粉底和面霜。实际上，科学家们已经窃取了这些微生物能够在紫外线辐射下存活的“超能力”来拯救我们的皮肤。
但也许更重要的发现来自“嗜热生物”，即喜热生物。科学家们正是从这些嗜热微生物中提取出了能够在60°C以上保持分子形态的热稳定蛋白质，而60°C是将 DNA 解旋和复制以进行检查所需的温度。例如，如果你进行了COVID PCR测试，那么你的 DNA 样本已通过此过程。这种将 DNA 复制或“扩增”到我们可以检测到的水平的能力已经彻底改变了生物和医学科学。
在约克大学，我研究了一种名为硫化叶菌的超嗜热微生物的细胞机制。这些惊人的微生物属于古细菌类，是与细菌和真核生物并列的第三个生命分支。
硫化叶菌不仅可以在活火山75-80°C的高温中生长，还能够在火山泉pH 2-3类似柠檬汁或醋的强酸性环境中繁衍生息。了解它们的秘密可能有助于我们发现在更高温度下仍能保持稳定的分子，提供更通用的分析来帮助我们在医疗保健、遗传学和环境研究方面取得进展。
从炙热到寒冷
自从与嗜热菌一起工作以来，我的研究将我带到了地球生命的另一个极端。在过去的四年里，我一直在研究生活在北极和南极的微生物。尽管从远处看，地球的两极可能看起来很原始并且没有生命涉足，但微生物仍然存在，甚至茁壮成长。
这些微生物中的许多都为景观增添了明亮的色彩，这要归功于它们耀眼的光合色素，例如被称为“西瓜雪”的粉红色和绿色藻类雪花。穿透冰冻的湖面，比如南极洲的恩特湖，你会发现进行光合作用的蓝藻的亮紫色垫子，因为冰层下的光线很弱，所以它们的颜色很深。它们的紫色色素能够更有效地吸收主要穿透深水和厚冰的绿光。
蓝藻 图片来源：pixabay
值得注意的是，尽管光和营养物质的可用性很低，蓝绿色的蓝藻甚至可以被发现附着在极地地区岩石内部和下方的微小孔隙中。在如此恶劣的环境中，光合生命产生的能量很少能进入食物链，因此这些蓝藻就是当地生态系统的关键基础。
当我在伦敦自然历史博物馆的同事们研究这些丰富多彩的群落时，我正在研究被称为冰尘洞的“冰冻圈黑洞”，也就是冰冻水区。冰尘孔是包含黑色沉积物的小型融水袋，它可以使冰川的融化区呈现出斑点状的外观。虽然它们通常只有5-20厘米宽，但我和我的同事在每一个洞中都发现了数百种微生物。
有人提出，这些物种丰富的热点可能在雪球地球时期为一系列微生物提供了庇护所，雪球地球是一个发生在7.20-6.35 亿年前的全球冰河时代，就在化石记录中的动物出现之前。尽管我们的星球经历了多次冰川期，但低温雪球地球时期尤其严重，那时的冰一直延伸到了赤道。
为了测试冰尘生物在雪球地球时期生存的能力，我们比较了在南极夏季恒定温度 (0.5°C) 下孵化的冰尘生物与每24小时内在-5°C下冷冻12 小时的冰尘生物的生长情况。一个月后，我们的初步结果显示0.5°C和-5°C组之间没有可观察到的差异。令人惊讶的是，每晚的完全冷冻甚至没有减缓这些生物的生长。
希望这项研究不仅能帮助我们了解生命如何在过去的极端气候中幸存下来，还能帮助我们了解现代气候与微生物生态系统之间的联系。
翻译：贾荣轩
审校：殷姝雅
引进来源：theconversation
本文来自：中国数字科技馆
本文是中国数字科技馆(www.cdstm.cn)原创内容，转载请注明出处和作者，否则我们将依法追究侵权责任。
[责任编辑：环球科学]
京公网安备11010502039775号
