第06版:生态周刊

从“微生物生态学登月事件”说起

《 人民政协报 》 ( 2022年05月12日   第 06 版)

全国政协委员,中国科学院微生物研究所研究员 黄力

2018年秋天,我去韩国釜山参加一个关于深海微生物的小型国际研讨会。那天上午,一位名叫Imachi的中年日本学者作报告。与别人不同,他上台时拿着一堆道具。Imachi非常自豪地告诉我们,那是他用家里厨房洗碗用的海绵剪成方块、穿成串(看似糖葫芦)后做成的实验器材。

他的团队将海绵串垂直放置在一个充满甲烷气体的玻璃管中,再让无菌海水自上而下缓慢流经海绵串。利用这套装置,他们模拟海底环境,让海绵串吸附泥沙沉积物(沉积物中自然生活着形形色色的微生物)。

在花费12年时间,用掉了4000升海水后,他们成功获得了一种注定引起轰动的奇特微生物——阿斯加德古菌(Asgard archaea)。Science杂志将该发现评为2019年十大科学突破之一,宣称阿斯加德古菌“似乎可以揭示我们所有人的最终祖先”。该成果也被称为“微生物生态学的登月事件”。

微生物是地球上最古老的生命。20世纪30年代,有人将地球上的生物(严格说应该是细胞生物)分为两大类,即真核生物和原核生物。真核生物包括人、动物、植物等,其细胞中有细胞核;原核生物则是微生物中的细菌,其细胞中没有细胞核。到了20世纪70年代,又有人发现,原先认为的细菌实际上包含两大类生物,一部分还是细菌,另一部分则是古菌(因经常发现这些生物生活在与早期地球环境相像的极端条件下而得名)。

因此,按照目前的认识,地球上存在三种生命形式,即真核生物、细菌和古菌。在这三种生命形式中,作为微生物的细菌和古菌分布最广、生物多样性最丰富,在地球重要元素循环中发挥关键驱动作用,维护着地球生态系统。

但有一个问题,自然界中绝大多数微生物(>99%)的纯化活体(术语叫纯培养)目前还很难获得,这些微生物被比喻为“暗物质”,人们只能通过采集环境样品,提取其中微生物DNA的碎片、分析这些DNA碎片的序列特征,来推测这些样品中存在哪些微生物种类。研究发现,环境样品中通常拥有很多不同的微生物类群。而Imachi等的实验实际上就是逐步去除样品中生长较慢的微生物类群,最终获得纯的活体优势微生物类群的过程。因此,不难理解为什么该成果的发布引起学界如此巨大的反响。

Imachi的报告让人联想很多:日本科学家的这一壮举依靠的并非是尖端设备和大量经费投入,而是想象力和坚守。尤其令人赞叹的是,他们执着开展的是一个长期没有产出、最终可能一事无成的尝试。

我国科学家近年来在阿斯加德古菌研究中成果丰硕,发现了该家族的多个新成员,并且用“悟空”命名了其中的一个成员。但是,愿意尝试获得纯化活体细胞的人却还不多。显然,我们亟须进一步弘扬“甘坐冷板凳”的精神,培育与此相适应的科学文化,这样才能让此类具有里程碑意义的重大成果在我国频繁涌现。

当然,寻找真核生物祖先的努力不可能因为阿斯加德古菌的获得而结束,未解之谜依然很多,只有找到并认识更多目前尚未发现的、更接近真核生物的古菌,才有可能揭开真核生物起源的奥秘。

2022-05-12 黄力 1 1 人民政协报 content_24480.html 1 从“微生物生态学登月事件”说起 24,480 /enpproperty-->