《中国少年百科知识·自然天地卷》：8.生命永生之谜

------8.生命永生之谜------



人的生命是短暂的，所以人们追求永生。从古代埃及的法老裹尸的香料，到中国秦始皇派徐福海求仙药。从欧洲的炼金术士，到印度的打坐观息，无不体现了人类对永生的追求。人作为高等复杂的生命形式，企图生命永续实在太困难了，可是一些低等生命形式却做到了这一点。

维兰德是宾州大学的微生物学家。他与同事于1999年10月在《自然》上发表了有关报告，提出他们发现存活了2.5亿岁的细菌，它们曾经在盐晶体中万古长眠，现在又重新在世界上快乐地生长。

新墨西哥州卡瑟兰德附近的二叠纪构造，是一块形成于2.5亿年前的盐床，它的形成时间已通过放射性放射性核素测年法和盐层中的无脊椎动物化石予以确认。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。维兰德等人选择的就是这样一块自形成之后一直原封不动的盐床。人们在盐层里挖了一些隧道和通风井，用来储存核废料，这使得地质学家有机会接触这个二叠纪构造的深处。维兰德通过一个通风井下到地下600米的深处，这里的沉积物层自形成以来便再未被任何东西触碰。维兰德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，并在一块晶体上钻孔，从中取出一滴盐水，放进试管的营养液中。

几个星期之后，试管内的液体变混浊了。液体像雾一样的外观只能说明一件事：盐水中含有细菌，它们熬过了人类无法想像的漫长岁月，现在再度活跃起来。这些细菌已经2.5亿岁了，目前世界上还存活的一切生物，再没有比它们更老的。

其他科学家对这个报告的态度是讶异与怀疑掺半。有人认为这证明了细菌能比人们想像的活得更长，有人则根本不相信有这回事。怀疑者认为，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。

维兰德对这些怀疑和批评早有准备。在这次实验中，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、装有营养液的皮氏培养皿，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。

维兰德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，研究人员目前只辨认出来一种，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。维兰德认为，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，它在这数亿年的时间里可能是以孢子形式存在的。

尽管采取了科学的程序，维兰德等人在做实验时也已经十二分的小心，但仍有科学家对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大卫·尼克说，维兰德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。2-9-3的这个基因有99%与2-9-3的现代亲戚的同一基因完全一样，与其他亲盐的现代细菌的差别也微乎其微。大卫·尼克说，对两种年代相隔2.5亿年的生物，这一差别应该在5%～10%才比较合理。

维兰德则辩解说，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部就班地发生变化。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，也没什么稀奇。

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。自然过程也会将一些盐从地下带到地表。除非维兰德他们刚好拣到了那仅有的几块含有细菌的盐晶体，否则古代细菌在我们这个世界上并不罕见。但这说法并不能使一些批评者信服。他们认为，DNA根本就不能稳定存在那么久。德国莱比锡马克斯—普朗克进化人类学研究所的斯维特·帕波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。他得出结论，“如果有水存在，DNA最长只能支持5万到10万年。”

不过维兰德也有支持者。美国加利福尼亚州立工艺大学的卡农曾在1995年报告说他从一块2500万年前形成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。

维兰德说，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，而且能对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。对这些辩解，帕波认为，低温和高浓度盐分确实可以将DNA保护得更好，孢子的自我保护机制也可能将其生命延长3～4倍，然而延长1000倍以上未免太离谱了。

另有一些科学家并不怀疑维兰德的报告，他们的注意力集中在远古细菌到底能活多久。俄勒冈州立大学的微生物学家莫瑞塔说，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。

莫瑞塔相信，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。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。

不过维兰德认为，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。

想要检验莫瑞塔或维兰德的假说是否正确，恐怕是不可能的事。因为显示出实验的效果实在太缓慢了，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。人的生命在这样的实验面前显得太短暂了。

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p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就是否足以毁灭生命呢？

宾州大学的物理学家尼卡特说：“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p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。尼卡特认为，至少有1%的细胞根本不会产生任何双链断裂。

维兰德认为，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。太空生物学家迈卡瑞说：“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。”在南极发现的据称从中发现了微生物化石的火星陨石在抵达地球之前曾在太空中旅行了1500万年，其他的火星陨石所花的时间可能更少。

目前可以肯定，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。

维兰德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维兰德，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生物，真可算是永生不死了。

人类，从这里面可以学到什么呢？未完待续......欲知下回，请关注微信公众号： xiaoyida_com ，回复 xse93304 获取完整内容！
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本小说内容节选自：人文社科小说 《中国少年百科知识·自然天地卷》

作者：少林木子
最后更新于：2016年09月08日
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