有哪些不同寻常的原核生物？ 第1页

电合成

铁细菌Acidithiobacillus ferrooxidans可以在只有电流作为能源和电子源的环境下利用岩石和水中溶解的二氧化碳合成有机物并增殖^[1]，可能在深海底部支持电能生态系。

辐射合成

辐射合成细菌Candidatus Desulforudis audaxviator可以在只有铀矿的辐射作为能源的环境下利用岩石和水中溶解的物质合成有机物并增殖，在南非地下1500~3000米深的矿井地下水中建立生态系。相关论文发表在2008年10月10日的Science杂志^[2]。辐射对该物种并非必需，且它们在作为化能自养生物的同时还可以分解同类的死细胞来回收材料。

• Candidatus Desulforudis audaxviator生活的环境里没有其它生物。它的环境耐性和能量获取途径允许它在太阳系的多个天体的地下生存，包括火星^[3]。
• 在科学家检测的五吨地下水里，Candidatus Desulforudis audaxviator的230万个碱基对只有32个突变过不止1次，说明其极度适应该环境。

像这样独立维持生态系的生物在地下可能还有很多。

能量获取途径不明

深海底部一些地方的地壳很薄，有一些裂缝在涌出蛇纹岩化反应产生的pH11的水，那里面存在原核生物。这些微生物的环境耐性和能量取得手段看起来根本就是能在上地幔里活动的。

• 根据日本的深海调查，这类微生物大量分布在橄榄岩上、缺少我们认为对自由生活的原核生物来说必需的一些基因而有一些未知基因，其生存可能依赖蛇纹岩化反应。
• 2017年，研究人员从美国加利福尼亚2处地方的蛇纹岩化反应涌出水里检出了多种微生物，其中79种的基因组已经被解析。它们是细菌但ATP合成酶基因与古菌相同，一部分物种没有ATP合成酶基因，核糖体构造与已知细菌不同，这之中还有一部分物种也没有糖酵解酶基因，其能量获取途径不明。
• 这也许和它们体表覆盖的纳米级橄榄石/蛇纹岩有关——如果确定是化能合成自养，那这些就是上地幔生态系的生产者了。

耐辐射

我们已经知道抗辐射奇异球菌在5000戈瑞下几乎无损、在7000戈瑞下有63%正常生活繁殖、在15000戈瑞下有37%正常生活繁殖，Rubrobacter radiotolerans 在16000戈瑞下有63%正常生活繁殖，放线菌门、广古菌门、变形菌门都有可以在10000戈瑞下正常生活繁殖的物种。

我们已经知道许多微生物和真菌能生活在切尔诺贝利核电站、福岛核电站泄漏之后的辐射防护墙内部，并以电离辐射作为能源茁壮成长^[4]。

• 目前我们知道的最耐辐射的地球生物是古菌 Thermococcus gammatolerans^[5]，可以在30000戈瑞的伽马射线下生活，无论是否在分裂期，都能修复断裂的DNA。

作为对照，1963年，科学家发现蟑螂的辐射致死量比人类高六到十五倍，10戈瑞的电离辐射吸收剂量可以干扰蟑螂的生育能力，64戈瑞可以杀死93%的蟑螂；在核爆后的广岛，人们发现一些蛀虫和它们的卵在480至680戈瑞的辐射下正常生长；1959年，科学家发现640戈瑞的辐射才能杀死实验室最常见的果蝇，一种柔茧蜂甚至要1800戈瑞才能杀死。

接近永恒

一些原核生物可以在深海·深层地下依靠10^-19瓦到10^-21瓦的微弱能流生存，将取得的能量几乎全部用于修复身体受到的损伤。在地球地下深处找到的一些细菌可以持续千年不分裂，乃至在深海发现的一群细菌已经生存了约1.105亿年。

美国在盐结晶里发现过一些细菌的内生孢子休眠了2.5亿年、在实验室里复苏并正常传代^[6]。

步入太空

过去几十年间，学术界已经发现众多地球生物能在太空中生存。

• 卡门线以外的稀薄大气中仍然存在来自地球的微生物，可以说是一直在太空中生存的地球生物。
• 俄罗斯宇航员发现国际空间站外壳上有来自地球的海洋微生物。运载该舱段的俄罗斯火箭从未在海洋上方低空飞行。宇航员估计，这些微生物是被偶发的气流带到太空并附着到空间站上、在真空中扩增的。
• 日本科学家将耐辐射奇异球菌放置在国际空间站日本实验舱外3年，实验结果显示，厚度超过0.5毫米的凝结块中的细菌存活了下来。研究人员指出，位于凝结块外表面的细菌死亡，其尸体为下方的活细菌提供了保护。研究人员估计，直径大于1毫米的细菌团可能在太空存活8年，更厚的凝结块可能在太空存活15到45年。这时间跨度允许天体撞击产生的飞溅岩石夹带着微生物在太阳系内传播——而且不需要大块岩石保护微生物。
• 国际空间站上进行的更多实验证明，比上面那些家伙平凡得多的细菌在聚集成团的情况下可以暴露在太空中长时间生存，例如枯草芽孢杆菌，还有后面你会看到的某个熟悉的名字。
• 以光合作用生产有机物的嗜热蓝菌物种 Chroococcidiopsis 可以暴露在太空生存，或许能帮助人类在太空中长期居住。

准核生物

准核生物是于2010年5月在日本东南方海域的明神海丘发现的，于2012年由筑波大学的研究人员发表描述^[7]。

他们观察到的准核生物的细胞长约10微米、宽约3微米，具有被单层、无核孔的核膜围绕的大型拟核状结构，约占细胞体积的41%，内含一些核糖体和一些丝状DNA，这些DNA并不形成染色体；该生物的细胞质基质约占细胞体积的22%，也含有一些核糖体，还有一些螺旋状的大型构造、疑似是内共生的产物，而找不到线粒体、质粒、内质网、高尔基体、中心体等细胞器。

真核生物的核膜是双层、有核孔的。准核生物明确地告诉你，非真核生物可以有核膜。英国演化生物学家尼克·连恩表示，准核生物可能是在不久前获得内共生物、正在朝真核生物方向演化的原核生物。

平凡与“不同寻常”有界限么

实验证明，大肠杆菌这样你身上就有的、看起来很平凡的地球微生物，可以在100%氢气中生存、生长、复制；由于缺氧，大肠杆菌繁殖速度减半。

大肠杆菌同样被国际空间站上进行的实验证明可以用生物膜结块的形式暴露在太空中生存。

日本一项实验证明，在离心机里培养的地球细菌可以在数百代内适应巨大的加速度，其中 Paracoccus denitrificans 能在403627g下正常生长、繁殖。即使不经过适应，大肠杆菌就能承受400000g的加速度。

• 这已经足够承受大质量恒星的表面重力与一定距离上的超新星爆发抛射，在气体行星的大气里生活毫无问题。

大肠杆菌等细菌的代谢会产生氨、二甲基硫化物、氧化亚氮、甲烷等气体。在大气层以氢气为主的行星的吸收光谱中如果检测到若干此类气体，可能表明那里有碳基生命。

参考

1. ^ Takumi Ishii, Satoshi Kawaichi, Hirotaka Nakagawa, Kazuhito Hashimoto, Ryuhei Nakamura, "From Chemolithoautotrophs to Electrolithoautotrophs: CO2 Fixation by Fe(II)-Oxidizing Bacteria Coupled with Direct Uptake of Electrons from Solid Electron Sources", Frontiers in Microbiology, 10.3389/fmicb.2015.00994
2. ^ Dylan Chivian, Eoin L. Brodie, Eric J. Alm, David E. Culley, Paramvir S. Dehal, Todd Z. DeSantis, Thomas M. Gihring, Alla Lapidus, Li-Hung Lin, Stephen R. Lowry, Duane P. Moser, Paul M. Richardson, Gordon Southam, Greg Wanger, Lisa M. Pratt, Gary L. Andersen, Terry C. Hazen, Fred J. Brockman, Adam P. Arkin, Tullis C. Onstott,"Environmental Genomics Reveals a Single-Species Ecosystem Deep Within Earth", Science, 10.1126/science.1155495
3. ^ 如果人类用航天器将这些细菌送到火星地下，我们就得到了一个有生物圈的星球，其上只有1种活着的生物。这也证明老科幻里经常出现的“单一物种生物圈”在现实中是完全可行的，一些打着科学的旗帜鄙视那些作品的人其实是自己不懂科学。
4. ^ https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457
5. ^ https://doi.org/10.1099/ijs.0.02503-0
6. ^ https://doi.org/10.1038%2F35038060
7. ^ https://doi.org/10.1093%2Fjmicro%2Fdfs062