近日，中國丹麥古菌研討會在武漢舉行。古菌這種不為人所熟知的古老生物，成為中丹兩國專家討論與交流的核心話題。生命三大形式之一的古菌究竟在生物學界占有什麽樣的地位？緣何唯獨它能在極度惡劣而漫長的自然環境中幸免於難？人類從它身上又得到哪些化解生存難題的啟示？記者就此采訪了與會專家。
是最古老生命體已存在了至少30億年
遼寧日報：東教授您好！這次在武漢舉行的科學研討會上，科學家們對古菌基因結構、生物技術應用等多方麵研究展開交流。普通人對細菌比較熟悉，而對“古”字當頭的古菌這種生物比較陌生。您能從生物學的角度為我們介紹一下古菌是一種什麽樣的生物嗎？
東秀珠：好的。古菌是一群具有獨特的基因結構或係統發育生物大分子序列的單細胞生物，多生活在地球上極端的環境或生命出現初期的自然環境中。
確實，提起古菌大家不是十分熟悉，但是它在生物學界的地位卻是非常重要的。地球上的生命是由古菌域、細菌域、真核生物域所構成的。如果將由相同祖先進化的所有地球生物比作一棵枝繁葉茂的大樹，那麽作為地球三大生命形式之一的古菌，是這個大樹的一個重要分支。
遼寧日報：既然是由共同的原始生命祖先分化而來的，那麽古菌與細菌和真核生物肯定既有區別又存在聯係吧？
東秀珠：是的。古菌是一個在生命演化進程中很早就與細菌和真核生物分開、獨立進化的生物群。古菌很獨特，這種獨特不僅表現在它具有獨特的細胞結構，如其細胞壁骨架為蛋白質或假肽聚糖，細胞膜含甘油醚鍵，還表現在它在代謝過程中酶的作用方式既不同於細菌又不同於真核生物等。
同時，盡管古菌在細胞大小、結構及基因組結構方麵與細菌相似，但其在遺傳信息的傳遞和標誌係統發育的信息物質方麵（如基因轉錄和翻譯係統）卻更類似於真核生物。所以目前生物學界認為古菌在進化譜係上更接近真核生物，而在細胞構造上與真細菌較為接近，同屬原核生物，即古菌具有細菌的形式，真核生物的內涵。
遼寧日報：現在生物學界對古菌的產生原因有一定的共識嗎？為什麽進化至今它會依然與細菌和真核生物保持著千絲萬縷的聯係？
東秀珠：上個世紀末，科研工作者根據基因組序列揭示了古菌基因組的結構，並推測當年是一個古老的細菌祖先和一個產生真核生物核質的祖先進行融合，伴隨各種基因的丟失而產生了古菌。在以後的進化進程中多個細菌基因在古菌中發生過橫向轉移，因而導致各類古菌分別與不同種群的細菌有進化關係。
遼寧日報：那麽，古菌到底有多古老呢？
東秀珠：作為地球上最古老的生命體之一，古菌已經存在了至少30億年。曾經有學者對古菌的 “年齡”做過一個生動的比喻：如果將地球約46億年的年齡比作一年，那麽古菌早在早春三月的某天就出現了，而人類誕生的時間卻是在這一年的最後一天12月31日。從誕生時間上講，古菌可以說是人類的“前輩”。
在極端環境中生存古菌個個身懷“絕技”
遼寧日報：您剛才說古菌多出現在地球上極端的環境中，我們都在哪裏發現過它們的蹤影呢？
東秀珠：相對於其他生命形式，古菌多生活在其他生物不能生存的極端環境中。古菌個個身懷“絕技”。比如一種極端嗜熱古菌能生長在90℃以上的高溫環境中，德國一個研究小組在意大利海底發現的一族古菌，能生活在110℃以上高溫中。這一族古菌最適宜的生長溫度為98℃，降至84℃即停止生長。
大家一定對《死海不死》這篇文章還有印象吧，文章中說死海“浩蕩的海水中竟沒有魚蝦、水草，甚至連海邊也寸草不生”，然而這樣的不毛之“海”中卻存在著豐富的微生物群落，它們中許多都屬於嗜鹽型古菌。這些古菌能夠在鹽度高達25%的環境下生長和繁殖。不僅如此，某些更加神奇的古菌還能夠在曬鹽場上的鹽結晶裏生存。
同樣，一些耐酸耐堿古菌的生存環境同樣十分苛刻，它們可以在火山地區的酸性熱水中或堿湖、堿池中定居。此外，還有一些厭氧古菌存在於牛的瘤胃、白蟻的腸道和海洋生物的體內，並且在那裏產生甲烷。它們也生長在沒有氧氣的海底沉積物中，甚至生長在沉積於地下的石油中。
遼寧日報：我們注意到這次研討會上，您的課題組經過基因組序列分析了一種新的嗜冷古菌的適應性特征。想必嗜冷古菌也與您剛才介紹的其他古菌一樣生活在極端環境下，那麽您的課題組究竟在什麽地方找到它們的呢？
東秀珠：嗜冷古菌生活在十分寒冷的地區（如南極），有的甚至就生活在冰裏麵。我們研究的嗜冷古菌來自青藏高原的濕地中。
遼寧日報：是什麽決定了這種嗜冷古菌可以在如此嚴酷的環境中生存？
東秀珠：目前我們認為，古菌能在各種絕地生存的玄機，在於它具有獨特的細胞結構。
比如嗜冷古菌的細胞膜中不飽和脂肪酸含量很高。關注人體健康的人可能都知道不飽和脂肪酸這種物質具有保證細胞正常的生理功能、提高細胞活性等功能。嗜冷古菌同樣靠它在極低溫度下保證細胞膜的流動性。還有，嗜冷古菌細胞具有特殊的表麵蛋白使它們會在低溫下聚集“互相取暖”，古菌細胞內的防凍物質含量高等。
破解古菌基因密碼搶占生物技術高地
遼寧日報：破解不同種類古菌的基因密碼，對我們未來生活中的各個領域都有著不同的指導意義。在眾多種類的古菌中，我們更為關注能夠解決能源問題的古菌產甲烷古菌。您采集到的這種嗜冷古菌也是產甲烷古菌中的一種。您能展望一下產甲烷古菌對我們會有何幫助嗎？
東秀珠：能源問題已經成為目前人類關注的焦點，科學界一直在探索著化解人類能源危機的各種途徑。沼氣作為一種清潔的可再生能源，在目前的能源結構中日益擔當起重要的角色。我們知道沼氣最主要的成分是甲烷，而產甲烷菌是目前所知的唯一能大量產甲烷的生物，因此認識它們的習性對解決能源問題顯得尤其重要。目前，我國已經大力開發生物能源，預計到2015年可生產生物甲烷500億立方米。相信在我們的努力下，未來我們可以做到利用產甲烷古菌規模化生產甲烷，這對降低對於石化能源的依賴、調整能源結構、減少各行各業的生產成本等都是大功一件。
而且，甲烷不光可以燃燒產生能量，它在高溫分解後還可以變成用作顏料、油墨、油漆等產品添加劑的炭黑。同時它還是製造氫、一氧化碳、乙炔、氫氰酸及甲醛等物質的重要原料。這些又展示出了產甲烷菌具有經濟價值的一麵。
不過，從生態學的角度我們還應該看到，大自然就像是一個生產甲烷的大化工廠，甲烷在厭氧環境中由產甲烷細菌形成後，會散逸入大氣。雖然甲烷在大氣中的濃度低於二氧化碳，但它的熱吸收效應卻是二氧化碳的20-30倍，在加速全球變暖過程中起的作用僅次於二氧化碳。
因此加強對產甲烷菌的研究深度，更加合理的采集產出的甲烷，是人類利用它們的長處、防止它們的弊端的前提。
遼寧日報：除了嗜冷古菌外，其他古菌也在極端壞境下生活也各有法寶。我們向大自然要學習的東西實在是太多了。目前世界上應該有很多國家都在探索這塊生物學界的大陸吧？
東秀珠：目前國際生命科學領域中，中國、丹麥、美國、法國、日本等國家都在開展古菌研究。古菌研究正在世界範圍內升溫，這不僅因為古菌界定了生物圈的邊界，揭示著生命的起源，豐富了自然界的生物多樣性，蘊藏著遠多於另兩類生物中的、未知的生物學過程和功能以及有助於闡明生物進化規律的線索，還因為古菌有著不可估量的生物技術開發前景。古菌已經一次又一次讓人們吃驚。可以肯定，在未來的歲月中，這群獨特的生物將繼續向人們展示生命的無窮奧秘。
（來源：遼寧日報）
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