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整理人: k_xiaoyao(2001-05-09 15:41:43), 站内信件
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沉眠中的永生者——活了２．５亿年的细菌
NewScientist, 2001.04.28 原作者:Jonathan Knight
翻译并添油加醋：不务正业的碧声
Russel Vreeland几乎不能相信自己的眼睛。 几个星期之前，他在
一块取自２．５亿年历史的盐床的晶体上钻孔，从中取出一滴盐水，放
进试管的营养液中。现在，他凝视着这个试管。液体像雾一样的外观只
能说明一件事：曾经在晶体中万古长眠的细菌，此时正在试管里快乐地
生长。这些细菌已经２．５亿岁了，现今发现的世上一切活物，再没有
比它们更老的。
Vreeland是宾州West Chetser大学的微生物学家。他与同事于去年
１０月在《自然》上发表了有关报告，所获的反应是讶异与怀疑掺半。
有人认为这证明了细菌能比人们想象的活得更长，有人则根本不相信有
这回事。 譬如伦敦帝国癌症研究基金会的Tomas Lindahl就说，他的研
究表明ＤＮＡ只需几万年便会分解，Vreeland的那批细菌肯定是实验中
的污染所致，研究它们为什么能活几亿年纯属浪费时间：“这就跟研究
《侏罗纪公园》一样。”
现在尚无人能断定Vreeland的细菌到底是否真的活了那么长。但徜
若这是真的，它们必定不是唯一的时间旅行者。我们这个世界上可能充
满了从亿万年的牢笼——盐，粘土，琥珀——中逃出来而获得新生的细
菌。它们的生存空间还将不仅限于地球。如果它们真能活这么久，那么
火星的永冻原上，还可能有着古老生态系统的遗族有待我们去发现。
像这种争论已经不是头一回了。早在２０世纪２０年代，就有科学
家声称从至少有１００万年历史的煤层中发现了细菌。不过批评者指出，
这一煤层呈多孔可渗透结构，使得后世的细菌能够侵入。许多类似的发
现遭到类似的责难。Vreeland的细菌也面临同样的疑惑。批评者说，尽
管这些盐晶体的历史确可回溯到二叠纪，但任何时候都可能有水渗入，
从而把现代的细菌带进去。还有人认为，把一个样本带进实验室时，想
要避免污染根本是不可能的事。
不过Vreeland等人从一开始就考虑到了这些批评。他们选择了一块
自形成之后一直原封不动的盐床。盐床是古老海洋的遗物，在千万年的
岁月里，入水通道不断因蒸发过度而断流，随后又重新通畅，带来新的
海水。最后，海洋和入水通道都完全干涸，只剩下盐的结晶。在水蒸发
的过程中，水里的细菌有可能被困在底层的盐沉积物里。
新墨西哥Carlsbad附近的二叠纪Salado构造，是一块形成于２．５
１亿年前的盐床。这一时间可以通过放射性同位素测年法和盐层中的无
脊椎动物化石确认。人们在盐层里挖了一些隧道和通风井，用来储存核
废料，这使得地质学家可以检查这块盐床形成之后是否遭受过外界的干
扰。得克萨斯的地质学家Dennis Power把Vreeland带到一个通风井中的
地下６００米深处，这里的沉积物层自形成以来便再未被任何东西触碰。
Vreeland吊在一个金属笼子里，从井壁上取出了几十块盐晶体，把它们
带回宾州的实验室。
研究人员选择了５３块上面没有任何可观测到的裂痕的晶体（如果
有的话，细菌便可能侵入），依次放到高浓度的氢氧化钠溶液和盐酸中
杀菌——这两道工序几乎可以杀灭上面附着的任何生物。钻探晶体用的
钻头和吸取晶体内部液体用的工具经过蒸汽和高热消毒；操作用的小室
经紫外线照射，用消毒剂洗过，然后充以无菌的空气。他们还在操作区
里放置了敞口的、装有营养液皮氏培养皿，如果此后这些培养皿里也有
细菌长出，就表示消毒过程不彻底，实验遭到了污染。不过事实是，这
些培养皿里后来什么也没长出来。
Vreeland等人总共从盐晶体里取出６６滴盐水，转移到不同的试管
里，放到恒温箱中培养。过了一些天，在４支试管里出现了细菌生长的
迹象。为了验证结果的可靠性，研究人员还有意地用细菌污染实验工具，
再消毒，然后试图从工具上找出一些细菌来，结果一无所获。在这种情
况下，他们才宣告试验成功：试管里长出的细菌确实是在盐晶体中沉眠
了２．５亿年的古老生物。
在所发现的４个菌株中，研究人员还只辩认出来一种，属于杆菌属，
名为２－９－３。它们之所以能活这么久，可能要得益于其形成孢子的
能力。当营养缺乏时，杆菌能形成坚硬的结构，抵御热、干燥和紫外线。
Vreeland认为，鉴于２－９－３生存的那２微升盐水没有足够的能量供
它生长和分裂，它在这沉睡的数亿年时间里可能是以孢子形式存在的。
尽管Vreeland等人在做实验时已经十二分的小心，仍有科学家对２
－９－３的真实年龄表示怀疑。华盛顿大学研究病毒的基因进化过程的
科学家David Nickle说，Vreeland的细菌有一个基因的ＤＮＡ序列与现
代细菌太相似了，不是一个“活化石”该有的样子。
遭到质疑的这个基因编码１６Ｓ核糖体ＲＮＡ，经常被用于基因对
比研究，因为它是细胞的一个重要组成部件，在进化过程中的变化比较
缓慢。不过，２－９－３的这个基因与现今细菌的差异也未免太小了，
该基因有９９％与２－９－３的现代亲戚Bacillus marismotui 的同一
基因完全一样，与其它亲盐的现代细菌的差别也微乎其微。Nickle说，
对两种年代相隔２．５亿年的生物，这一差别应该在５％至１０％之间
才比较合理。
Vreeland则辩解说，基因在进化过程中的变化率只是一种平均状况，
并不是每个基因都会如此按步就班地发生变化。生活在相似环境里、亲
缘关系较近的生物，即使年代相隔很久，也可能具有相似的基因。他还
认为，世界上可能有很多“活化石”式的细菌，它们在沉眠许久之后偶
然地被解放出来，得到新的营养供应，从而开始分裂。因此２－９－３
与一些所谓的“现代”细菌相像，也没什么希奇。
这观点也可谓有理。过去２０００年来，人类已经从地下挖出了数
以百万吨计的盐，它们作为重要商品流散到世界各地。古罗马士兵的军
饷就是盐，因此salary（薪水）这个词是与salt（盐）有亲戚关系的。
自然过程也会将一些盐从地下带到地表。除非Vreeland他们刚好拣到了
那仅有的几块含有细菌的盐晶体（这可能吗？），否则古代细菌在我们
这个世界上并不罕见，说不定Bacillus marismotui 就是不久前才逃脱
牢狱的一种。不过若是如此，则追溯细菌的进化史就变得极端困难。
但这说法并不能使一些批评者信服，譬如Lindahl 以及德国莱比锡
马克斯－普朗克进化人类学研究所的Svante Paabo。他们认为，ＤＮＡ
根本就不能稳定存在那么久。Paabo 曾从尼安德特人遗骨和冰封的猛犸
象体内提取ＤＮＡ，研究过ＤＮＡ的磷酸盐骨架裂解的速度：“如果有
水存在，ＤＮＡ最长只能支持５到１０万年。”
不过Vreeland也有支持者。美国California Polytechnic State
University的Raul Cano就认为Paabo的批评没有抓住问题的实质。Cano
曾于１９９５年报告说他从一块２５００万年的琥珀中发现了细菌。他
说：“生命可不仅仅是ＤＮＡ而已”。孢子具有特别的自我保护机制，
由于水对ＤＮＡ具有破坏性，细菌就对自己进行部分脱水。它们能在其
ＤＮＡ表面覆盖上一层小分子蛋白质，使螺旋结构更加稳固，抵御化学
物质的攻击。当孢子最终开始生长时，它就立即动用一些特殊的酶来修
补ＤＮＡ上的损伤。
Vreeland说，在盐床深处，孢子所受的保护更好，高浓度的盐水能
够帮助稳定一些生物物质。例如，能对ＤＮＡ造成损伤的紫外线就不会
伤害到它们。此外，沉积物中似乎没有氧气，这也就避免了氧化损伤，
阻止有害自由基的产生。
Paabo 认为，低温和高浓度盐分确乎可以将ＤＮＡ保护得更好，孢
子的自我保护机制也可能将其生命延长３至４倍，然而延长一千倍以上
未免太离谱了。
一些科学家还在致力于研究远古细菌到底能活多久。从俄勒冈州立
大学退休的微生物学家Richard Morita说，细菌在生存方面特别有一套。
在一些几乎全无营养供应的地方，例如露出地面的花岗岩岩层、沙漠、
煤床、冻土地带甚至北极冰层里，都有细菌的踪迹。在植物的根部所不
能到达的深层土壤里，营养成分非常缺乏，但微生物学家仍不断地在泥
沼、粘土和地下几百米深的沉积层里发现新的细菌。为了在这些极端条
件下生存，细菌停止了所有非关键的代谢过程，分裂活动极少甚至完全
没有。
Morita相信，细菌能够靠消耗氢来忍受这样的恶劣环境并生存很长
时间。“自地幔以上，氢到处都有。”地壳里的化学反应持续产出氢，
而且氢几乎能够渗进任何物质——岩石、盐、甚至细菌的细胞壁。最早
的细菌可能就是靠氢过活的，现在的许多细菌（包括杆菌）仍具有这种
能力。Morita认为，被困在地底千百万年的细菌，能够得到充足的氢供
应，用以修复ＤＮＡ损伤和蛋白质降解。
不过Vreeland认为，在他所发现的那样小的盐水滴里，恐怕不可能
存在任何代谢过程。新陈代谢产生的废物如果积聚到很高浓度，就会具
有毒性。而即使代谢活动极其轻微，在２．５亿年里也会产生太多的废
物。他倾向于假设，孢子即使完全不消耗能量也能维持生存。
想要检验Morita的假说是否正确，恐怕是不可能的事。因为他提出
的那种修复效果实在太缓慢了，可能要花上成百上千年才能够产生能被
人们观测到的效果。唯一可能用来检验这一假说的，也许只能是找到并
非孢子状态的远古细菌。
长寿与永生的界限在哪里？如果细菌孢子能够活上２．５亿年，为
什么它们就不能永远活下去？对永生的一个可能限制，是自然辐射。在
盐床里，孢子所面临的最大威胁，来自于微量的放射性钾－４０。它会
释放出称为β粒子的高能电子，轰击ＤＮＡ，使其磷酸盐骨架裂解。钾
－４０的半衰期是１２．５亿年，短期内造成的危险微乎其微，但上亿
年的岁月里累积起来的效果会有多大？
West Chester大学的物理学家Anthony Nicastro说：“休眠状态的
细菌是一个静止的靶子没错，问题是，会有足够多的子弹来毁坏遗传物
质吗？”根据他的估算，在２．５亿年的时间里，细菌的染色体会因此
产生数百个单链断裂，这点损伤是很容易修复的。要对ＤＮＡ进行致命
一击——使双链同时折断，在第一个β粒子轰击一条ＤＮＡ链之后，第
二个粒子必须在对应的那条链上、距第一个轰击点不超过５个碱基对的
地方也来这么一下子，这要求第二个粒子得是个神射手才行。Nicastro
认为，至少有１％的细胞根本不会产生任何双链断裂。
Vreeland认为，假如一个细菌孢子永远也不会受到任何此类放射性
攻击，它就可以算是永生的了。尽管这只是个假设，不过对那些认为地
球生命产生于星际间播洒的“种子”的学者来说，仍是个极好的消息。
ＮＡＳＡ的一位太空生物学家Chris McKay 说：“如果生命真的能够沉
眠２．５亿年而不至于消亡，这时间已经足够它们从一颗行星旅行到另
一颗行星了。”在南极发现的火星陨石ＡＬＨ８４００１——就是科学
家一再宣称从中发现微生物化石的那块——在抵达地球之前曾在太空中
旅行了１５００万年，其它的火星陨石所花的时间可能更少。
几乎可以肯定，火星上的部分地区一度是湿润的，科学家仍在盼望
能从火星极地冰盖或干涸湖泊底部的沉积物之下，挖出古老生命的化石。
“搞不好它们还活着呢。”
Vreeland正在更多的盐晶体中寻找这些沉眠的永生者。如果他和其
他研究者能彼此独立地找到在晶体中困了许久的古老细菌，这将是对怀
疑其实验结果的人的有力反驳。底特律盐业公司已经答应从该公司在密
歇根的盐矿里凿一个大盐块下来送给Vreeland，这个矿区的盐晶体大概
是在４亿年前形成的。如果从这里面也发现了细菌的踪迹，这些年龄相
当于地球十分之一的家伙，堪可谓永生了——假如世上真有什么东西敢
称得上永生的话。＃
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人生有何常 但患年岁暮 幸托不肖躯 且当猛虎步
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