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全球变暖加剧导致融冰或令远古细菌重生(图)  

2012-04-25 14:47:33|  分类: 圈子科技经典 |  标签: |举报 |字号 订阅

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朱利·帕拉斯博士(Julie Palais)(左)和安萨斯·奥斯(Anais Orsi)(右)正在一个冰洞中进行考察,他们的研究得到美国国家自然科学基金会的资助  朱利·帕拉斯博士(Julie Palais)(左)和安萨斯·奥斯(Anais Orsi)(右)正在一个冰洞中进行考察,他们的研究得到美国国家自然科学基金会的资助
南极巨厚的冰川下方的古老生命正在静静等待重生,随着全球变暖的加剧,冰川融化,这些古老有机体和生命体将最终进入现代环境系统。它们将会造成何种影响,科学家们尚不清楚  南极巨厚的冰川下方的古老生命正在静静等待重生,随着全球变暖的加剧,冰川融化,这些古老有机体和生命体将最终进入现代环境系统。它们将会造成何种影响,科学家们尚不清楚

 北京时间4月25日消息,据《科学美国人》网站报道,那些冰封在南极和格陵兰巨厚冰盖下的古老生命正在静静等待重生。就像是来自遥远过去的时间胶囊,南极和格陵兰这样的冰川环境提供了一种可能性,让那些微小的生命体得以生存下来。它们的历史可能比人类诞生的时间还要早,这个失落的世界一直被冻结在冰川之下,度过变化的气候和漫长的时间。而现在,它们或许即将再次获得自由。

  不要以为这样的情景遥不可及,随着冰川加速融化,这样的场景或许已经近在眼前。这种情况一旦发生,中更新世以来就被冰封的古老细菌和其它现代世界闻所未闻的微生物就将重新进入环境当中。中更新世距今大约75万年,当时曾经发生了显著的气候转变。

  巨厚的冰盖环境原先曾被科学家们认为是过分严酷因而无法支持生命存活的,但是现在我们已经知道情况并非如此,这一环境事实上是一个巨大的微生物冷藏库。据估算,所有被冰封在冰盖当中或冰盖下方的微生物细胞总数几乎相当于全球总人口的1000倍。

  约翰·普利斯库(John Priscu)是美国蒙大拿州立大学教授,南极微生物研究方面的开拓者。他指出,将自己置于深度冷冻状态冰封于冰川之中是微生物的一种进化策略,它们可以借此保存自己的基因蓝图,等待未来重生的机会。他说:“这是一种保存基因库的方式。你将某样东西放在冰雪之中,然后100万年后冰雪消融,它又再次出现了。”

  基因冷藏库

  普利斯库在过去的28年内一直在研究南极大陆上他称之为“冰雪中的虫子”的微生命体。南极大陆拥有地球上最古老的冰层。其中有一部分冰层的历史可以追溯到100万年前,甚至有一部分冰层的历史超过800万年。普利斯库说:“在这些冰层中蕴藏着很多历史。”

  这些历史中,很大一部分至今仍然充满生机。普利斯库本人曾经在距今42万年的古老冰芯中发现活着的细菌,并且它们还能在被提取出来之后在实验室内照常生长。还有一些研究者还报告在更加古老的冰芯中发现活体细菌的案例。

  这些冰层环境让这些细菌拥有了一种近似“永垂不朽”的状态,冰层就像一个巨型冷藏库,帮助它们保存它们的基因蓝本,让它们得以在环境条件允许的情况下重见天日。乔纳森·卡拉森(Jonathan Klassen)是威斯康辛大学进化生物学家,博士后研究员。他说:“这正是冰川的有趣之处,它充当了基因物质的冷藏库。因此一些原本已经灭绝消失的物种就有机会重见天日。”

  那样的场景将会导致出现冰川版的《侏罗纪公园》吗?科学家们并不这么认为。因为能够在冰盖下寒冷,黑暗,压力巨大的极端环境中熬过如此漫长时间,并且几乎没有任何食物来源的,也就只有某些种类的微生物而已。

  除此之外,随着温室效应导致的全球变暖在两极地区表现的更加明显,科学家们对冰层中封存的微生物便愈加关注。研究人员正试图弄清这些微生物如何能挺过如此漫长时间的极端环境并存活下来,它们中的一些看起来已经在近乎完全静止的状态下度过了上百万年。这样的研究将有助于我们对其它生活在各种不同极端环境中生命状态的理解,如一些冰冻的卫星,以及月球等等。

  甲烷气体释放

  然而更大的隐患还在后面。随着冰层加速消融,大量没掩埋和冰封的有机物将暴露出来并开始腐烂,这将产生大量的二氧化碳和甲烷。这些都是温室气体,它们进入大气层将可能引发的效应已经引起了气候研究专家们的普遍担忧。除了对大气造成的影响,大量微生物涌入海洋也必将对海洋生态系统构成挑战,让海洋脆弱的化学环境更加岌岌可危。

  甚至,科学家们还发现即便是在冰封在冰雪之中,这些微生物竟然还在进行着进化。他们相互之间交换DNA物质并发生变异,获得新的特征。尽管这些习惯生活的寒冷环境中的微生物似乎并不会对温血生命构成什么威胁,但是它们确实将可能排挤并驱逐现代的其它细菌和微生物物种,这样的情景将会造成何种后果我们现在还不甚了解。

  路易斯安那州立大学微生物学家布兰特·克里斯特纳(Brent Christner)指出,这些被冰封的细菌体,在经历数十万年的休眠之后,一旦环境条件允许,它们仍然具备正常生长繁殖的能力。克里斯特纳是该校生物科学系助理教授,他曾经发现过采自75万年前,至今仍然存活的细菌样本。他说:“当我们审视我们所能取得的最古老冰芯样本时,我们意识到那里仍然存在存活着的细菌体。”

  这是一件大事,因为科学家们仍然无法理解一个生命体是如何能够在休眠状态下经历75万年之久却仍然维持生命的。

  石器时代的古老来客

  事实已经证明,将自己冰封在冰雪之中是微生物体保存自己的最佳方式。在冰川下方,它们似乎会将自己调整成某种最低限度的活动状态,以此保存自己的DNA物质,并在漫长的时间内不断修复自身由于辐射,氧化和其它破坏作用导致的损伤。克里斯特纳认为,以这种方式,这些细菌几乎可以永远这样休眠下去。

  然而这些生存于石器时代的古老细菌体在经历了如此漫长的时间之后自身也确实付出了一定的代价。克里斯特纳发现,冰层中越是古老的微生物体,恢复生命体征所需要的时间也就越久。

  这些微生物体的出现给了科学家们一个极好的机会,去对过去的古老基因组展开研究,并且可以通过这些生活在温暖和寒冷不同气温下的古代细菌去了解地球过去的气候模式。蒙大拿州立大学微生物生态学助理研究教授克里斯蒂·法罗曼(Christine Foreman)表示:“你可以将冰层视作时间博物馆,或者通向过去的窗子。”法罗曼目前正在对采自南极,距今6万多年前的沉积物进行研究。

  而对于普利斯库来说,最基本的问题,至少在古气象学领域,是要确定这些不同的细菌群落是否是代表了分别生活在冰期和间冰期的不同生态群落?他说:“如果考虑我们现在所处的温暖时期,那么100万年前的时候微生物是否有所不同?”

  普利斯库希望明年冬季他将能够尝试回答这个问题,那时候他将和一个美国考察队一起前往南极洲西部,他们将在那里钻探考察一条冰层下方的溪流。这条溪流流淌在南极大陆被冰雪覆盖之前,距今已经有超过2000万年之久。在这条冰下河流中存在着当时生活其中的微生物样本。

  这项计划是近期即将进行的3项类似的冰层钻探计划之一,它们共同的目标都是将冰盖下方封存的古老生物样本带上来进行研究。这些项目包括:今年2月份,一个俄罗斯团队在遥远的南极大陆东部向下钻探超过两英里,打穿了东方湖上覆的冰盖,这是一个和北美伊利湖面积相当的巨型冰下湖,大约在2500万年前开始便已经被冰雪覆盖;而一群英国科学家则同样正计划在南极大陆西部钻探一个被大约1英里厚度冰层覆盖的冰下湖。

  史前瘟疫?

  在冰层中进行如此之深的钻探搜寻生命体的做法也让人不得不联想到一种可怕的可能性:是否有可能这样做会唤醒曾经被封存的可怕瘟疫,让它们再次重见天日,肆虐人群?

  对此,来自美国俄亥俄州博林格林州立大学生命科学系的进化生物学家斯科特·罗杰斯(Scott Rogers)教授表示:“为了在冰雪环境中求得生存,这些微生物可能已经经历一部分进化适应,这给了这些致病菌一定的优势。”一般情况下,一旦人体对某种病原产生抗体,那么这种病原便将很难再次对人体构成威胁。“然而如果某些病菌适应了冰雪环境,并因此发生了局部变异,当它们再次重见天日时,我们的机体已经无法识别它们,对它们已经不具备抗体,它们将再次变得有威胁。”

  罗杰斯曾经在格陵兰的冰层下发现距今14万年,但仍然存活的病毒样本,他相信存在一些生命力特别顽强的病毒,如导致脊髓灰质炎的病毒毒株,它们可以经受冰雪的封存并在此后卷土重来。不过他和其它大多数科学家都并不认为极地冰雪的融化将会导致类似好莱坞大片《传染病》中所描述的那种全球性的传染性疾病大爆发。人类和其它大多数动物都已经经过进化适应了较为温暖的气候环境,他们难以在冰雪下存活。而病毒在这种气候条件下则并没有什么优势,显得相当脆弱。他说:“这样的几率并非是零,但是也相当接近于零。”

  另外一种更加显著的可能性是冰雪的消融将会导致大量古老的微生物基因物质流入大海,和现代生命体的基因物质相混合,让海洋环境中突然充斥大量陌生的有机物质。罗杰斯相信这种情况事实上现在已经发生。他说:“我们认为冰雪消融正无时不刻地进行着,旧的基因组分正不断和新的基因组分发生融合。”

  而根据克里斯特纳的观点,这些重见天日,甚至可以说经历重建的微生物体最有可能被发现的地方便是在海洋中。地球的冰川和冰川下方沉积物中蕴含的微生物细胞和碳组分总量超过了地球表面所有湖泊和河流中的相应组分,这是巨大的有机物质储藏库,一旦冰雪消融,这些物质都将最终汇入大海。

  克里斯特纳说:“潜在的气候变化趋势是将更多的营养物质送入海洋生态系统中。”一种可能的图景是:海水中营养物质的增加将会导致海洋微生物的爆发性增长,从而消耗光海水中的氧气。这将摧毁鱼类生态体系,加剧海洋中现在已经开始出现的大量死亡现象。

  蒙大拿州立大学的法罗曼表示:“我们习惯上总是将海洋视作某种巨大的容器,可以容纳一切。但是我们现在知道这样的想法并不正确。存在一个临界点,一旦越过这一限度事情就会发生变化。但是我们暂时却并不清楚这一临界点位于何处。”

  巨量有机物质的释放

  消融的冰川同样将释放出巨量的有机体,这些有机体暴露于温暖的环境中,从而开始迅速腐烂。科学家们估计,曾经被封存在冰川中和冰川下方的大量含碳物质一旦被转化为二氧化碳,将相当于全世界10年内所有机动车释放出的尾气总和。当然并非所有含碳物质都会直接被转化为温室气体,但是任何一点二氧化碳排放都将加剧目前严峻的状态。普利斯库说:“这是一个必须加以考虑的巨大碳储存库。碳循环非常重要,尤其是对于气候变化而言,我们必须考虑这一点。”

  因此研究人员指出,尽管这些从冰雪封存下被释放出来的微生物体或许并不太可能像科幻电影中所描述的那样变成肆虐全球的致命杀手,但它们的出现将确实的为我们的将来带来另一种隐忧。当将其它显示全球气候发生转变的表现考虑在内——不断上升的海平面,发生改变的生物栖息地, 不断减小的行星总体反照率,等等,我们的星球系统已经开始失去平衡,或许这些被从冰雪下释放出来的微生物,它们所能造成的最大潜在威胁便是它们会不会成为压垮地球整个生态系统运行的最后一根稻草?

  普利斯库将今天我们所处的气候状态比作一个被按下的电灯开关。他说:“如果你按住电灯开关却不按到底,灯就会开始闪烁。我想这就是我们现在所面临的状态。我们正在按下按键,一切变得非常脆弱,很快它就可能越过某一个门槛并进入一种新的状态模式。一旦发生那样的情况,是否还能再次回到原来的状态?我们不知道。或许我们就将再也无法回去了。”(晨风)

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