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海底細菌活化石
微生物學
2021-09-01 佛雷塞（Jennifer Frazer）
受困於海洋沉積物一億年的微生物甦醒了，而且還有繁殖能力， 越來越多證據顯示，它們的壽命或許沒有極限。
2010年，國際整合海洋鑽探計畫（Integrated Ocean Drilling Program, IODP）的科學家把船駛入南太平洋環流，那裡好比海中沙漠，比地球上絕大多數乾旱的地方都更加荒蕪。環流的中心附近為「海洋難抵極」（Oceanic Pole of Inaccessibility），也是積聚大量塑膠微粒的南太平洋垃圾帶（South Pacific garbage patch），而美國作家洛夫克拉夫特（H. P. Lovecraft）的書迷都知道，長滿觸鬚的克蘇魯（Cthulhu）就棲居於此。國際太空站的太空人偶爾飛掠上空，成了最靠近這裡的人類。
儘管洋流在周圍迴旋，南太平洋環流內的水是靜止的。很少營養物質流入，生物難以存活。至少要100萬年，其底部才會累積出一公尺厚的海洋「雪」。這積雪由上層透光區的屍體、糞便和塵埃所組成，會傳遞養份至海洋深處。此處可說是地球上最沒有生產力的水域。
IODP團隊從60多公尺高的起重架降下數公里長的管道、穿入這片海水。12部推進器在波濤起伏的海中穩住整具鑽探機的方向。一觸及底部，鑽頭便鑽入深海黏土和鈣質超微化石軟泥層，鑽探深度可達75公尺。
當沉積岩心被拉升至水面，管內所含的是近一億年的地球史。研究團隊想知道，受困於此岩層的微生物，究竟可以在幾乎空空如也的海洋冰庫中存活多久？處於何種狀態？正如預期，沉積物樣本中並沒有多少細菌，每立方公分僅100~3000個，比生產力較高水域的相同深度還少10~1000萬倍。
然而，科學家在實驗室提供養份給那些細胞時，發生了始料未及的情況。一億年來缺乏養份，可能會使細胞成為微生物「殭屍」：它們仍活著卻失去生長能力，或是生長速度非常緩慢。千禧年初期一項實驗中，從3500萬年前的海洋沉積物分離出一些細菌，經人工培養後誘使生長，但該實驗目的並非估算其增長狀況。2017年針對缺氧煤層（1600萬~1200萬年前沉積於陸地隨後又沒入海中）微生物的一項研究發現，分離出的微生物開始增長了，只不過極為緩慢，數個月到一世紀才增加一倍，算是有史以來直接測量到的最慢速度。
但根據去年7月發表在《自然?通訊》的研究顯示，近99%的微生物一旦獲得養份便快速「甦醒」、進食、做那些細菌會做的事，數量在培養68日內劇增至一萬倍，約每五日增加一倍。科學家提供的食物含有特殊標記的碳和氮同位素，可藉此估算新增的子代。
我們先暫停一下，思量這些結果的涵義。海洋沉積物覆蓋了地表70%，居於其內的微生物佔據地球上所有微生物生質將近一半。在蛇頸龍（plesiosaur）仍優游海洋時，可能早已沉積至海底的細菌，在去年這項實驗裡甦醒並繁殖了。經歷地質年代四個紀（period），這些微生物在厚厚的海洋和沉積物保護下，免受宇宙射線危害而留存，在挖掘上來並給予養份後，它們繼續生活，好像什麼事都沒發生過。
某種意義上，當然有事發生過。想像在黑暗中捱餓一億年的感覺，是否就像永無止境的疫情？緻密的沉積物孔隙估計約0.02微米，質地有點類似無麵粉巧克力蛋糕。一般細菌的尺寸約為數微米，可想見，為覓食而移動或者希望食物從天而降，有多麼艱難。
某些細菌（多數是厭氧菌）會形成內孢子，這種堅實結構無代謝活性，似乎能讓細菌度過惡劣環境，孢子常被視為衰老細菌的載體。但當科學家以DNA探針辨識沉積物中的細胞時，發現其中相對缺乏能生成孢子的菌種，事實上，那些復甦的細菌大多需要氧氣。
更令人驚訝的發現是，某一樣本在培養557天後竟然有越來越多的光能捕獲細菌（light-harvesting bacteria），這種稱為擬色球藻（Chroococcidiopsis）的藍菌（cyanobacterium）生命力很強，一般認為可把火星環境改造成類似地球（terraforming）。除了能在乾燥、寒冷、鹽化且充斥輻射之處的透光岩石下存活，擬色球藻還具有利用紅光的特殊能力。這種光合微生物如何在黑暗的實驗室中設法繁殖，還是個謎......
