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“雖然占地球生物量超過20%，但是古菌這種古老的生命體依然不為人們所了解。”近日，在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)召開的中國丹麥古菌研討會上，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校友、丹麥哥本哈根大學(xué)生物學(xué)院副教授佘群新告訴記者，來自中、丹兩國的科學(xué)家們正試圖聯(lián)手揭開古菌的神秘面紗。

存在于生命邊界

 

據(jù)佘群新介紹，作為地球上zui古老的生命體之一，古菌已經(jīng)存在了至少30億年。曾有學(xué)者比喻，如果將地球約46億年的年齡比作一年，那么古菌早在3月的某天就出現(xiàn)了，而人類誕生不過是12月31日的事。

盡管古菌有著漫長的歷史，但直到上世紀(jì)70年代才被生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在飽受爭議后，zui終和真核生物、細菌一起統(tǒng)稱為生物的三域。

“30年前人們習(xí)慣于將古菌等同于細菌。”中科院微生物研究所研究員東秀珠告訴記者，隨著認(rèn)識的深入，研究者發(fā)現(xiàn)，“古菌的外殼像細菌，內(nèi)核更像高等生物，為我們研究生命的繁衍、DNA復(fù)制等提供了非常好的模式”。

在長期的科研實踐中，東秀珠發(fā)現(xiàn)，古菌中蘊藏著遠多于另兩類生物的、未知的生物學(xué)過程和功能，“它讓我們驚訝，并不斷擴大我們之前的認(rèn)識”。

“其中zui重要的就是對生命邊界的認(rèn)知。”東秀珠舉例說，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為溫度高于100℃就沒有生命存在，但研究發(fā)現(xiàn)有一種嗜熱古菌在高溫下仍能夠不失活性并正常生長。

“現(xiàn)在我們知道121℃仍然有生命存在，也許還會更高。”

東秀珠認(rèn)為，很多古菌生活在高溫、高壓、高鹽以及酸性等條件下，那里曾被譽為“生命的禁區(qū)”，研究古菌就是希望它能告訴我們生命的界限在哪里。

寶貴的基因資源

雖然國內(nèi)對于古菌的研究大都停留在生物學(xué)的基礎(chǔ)研究方面，但是研究者們已經(jīng)從條件下生存的古菌身上看到了巨大的工業(yè)應(yīng)用前景。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授梁運祥告訴記者，正是因為很多古菌能在高溫、高壓、高鹽等環(huán)境中生存，所以古菌生物技術(shù)為工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用提供了豐富的基因資源。比如研究嗜鹽菌的耐鹽機理，有助于解決植物難以在沙漠化地區(qū)和鹽堿地生存的難題。

梁運祥介紹說，去年，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)與丹麥哥本哈根大學(xué)古菌研究中心合作完成了古菌的遺傳操作體系，接下來還將嘗試開發(fā)一些有用的基因。

作為國內(nèi)為數(shù)不多的古菌研究者之一，東秀珠也作著同樣的嘗試。她和她的團隊長期研究生產(chǎn)沼氣的甲烷古菌，并積累了很好的成果。目前，他們已經(jīng)從青藏高原采集到一種耐低溫甲烷古菌，正試圖從中找到突破，用來攻克“冬天不產(chǎn)沼氣”的難題。

此外，研究人員還嘗試從嗜熱菌和嗜冷菌中分離出不同特性的酶，用在食品加工、造紙等領(lǐng)域。據(jù)丹麥哥本哈根大學(xué)生物學(xué)院副教授Anders介紹，由于嗜冷微生物在低溫條件下調(diào)節(jié)能力更強，含有更多的不飽和脂肪酸和短鏈脂肪酸，在丹麥，人們將嗜冷酶廣泛應(yīng)用在牛奶加工業(yè)。

需要更多人的關(guān)注

相對于古菌研究的巨大前景而言，國內(nèi)為數(shù)不多的幾支研究團隊顯得過于單薄。

因為研究力量薄弱，所以研究者們特別珍視彼此間的合作。梁運祥告訴記者，去年由丹麥發(fā)起完成的古菌全基因組測序工作，幾乎所有的古菌研究者都自費參與其中，“只有合作才能走得更快已經(jīng)成為大家的共識”。

丹麥哥本哈根大學(xué)古菌研究中心在微生物領(lǐng)域的研究已有20多年的歷史，是zui早從事微生物研究的實驗室之一。該中心負(fù)責(zé)人Roger教授對中國古菌研究作出了如此評價：“每一個實驗室都有自己的特色，雖然沒有競爭，但是有重疊，這種相互之間的合作使得你們處于一個高產(chǎn)的階段。”他同時建議，應(yīng)該建立相對中心的實驗室來帶動整體研究水平的提升。

作為此次中國丹麥古菌研討會的發(fā)起人之一，佘群新在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和哥本哈根大學(xué)之間建立了非常好的合作紐帶，“還希望更多的人來關(guān)注，包括一些生物企業(yè)，只有理論研究和應(yīng)用結(jié)合起來，才能共同推動古菌研究的發(fā)展”。

佘群新告訴記者，目前，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的實驗室已經(jīng)取得了一些令人興奮的進展，預(yù)計成果將會在明年發(fā)表。對此，他充滿了信心和期待：“我們現(xiàn)在所處的階段就好像站在一個小島上，看著遠方已經(jīng)初顯的陸地，那將會是又一個小島呢，還是大陸？”

“我想應(yīng)該是大陸。”佘群新說。