极端微生物是如何工作的

每年，研究人员都会发现并命名数千个新物种。近年来，微生物已成为物种发现的巨大增长的重要组成部分。地球上已经确定的物种超过200万种，但一些专家推测可能存在1亿或更多的物种[来源:汤普森］．

但发现新物种远比给它们命名和编目更重要。要比较生物，没有什么比一个好的分类系统更好的了。目前最常用的两种方法是五域法和三域法。这五个王国创建于20世纪60年代末，将生命分为Monera，原核生物王国(缺乏膜结合的细胞核和细胞器的细胞)，包括细菌，以及四个真核生物王国(具有膜结合的细胞核和细胞器的细胞):原生生物、真菌、植物和动物。

在很短的一段时间内，这五个王国似乎对科学家很有帮助。但在20世纪70年代，一位名叫卡尔·沃斯的科学家决定根据基因差异而不是视觉外观的差异对生物进行分类。当沃斯开始他的分类工作时，他注意到一些类型的生物之间存在区别，这些生物以前被归为细菌，因为它们都是原核生物。沃斯发现，细菌和另一种之前未被识别的生物群可能在数十亿年前从共同的祖先中分离出来。他认为这些其他的生物应该有自己的分类，他把原核生物的Monera王国分为古细菌类(后来被称为古生菌),真细菌．他的第三个领地是真核生物．我们马上会解释这些术语。

沃斯发现许多古生菌都是嗜极生物，并认为这一事实证明了它们的古老起源(“古生菌”是古代的意思)。古生菌是一组不同的生物，与细菌不同，它们有自己独特的rRNA类型。(rRNA产生多肽，有助于形成蛋白质。)在许多情况下，极端微生物古生菌已经发展出与它们的细胞保护它们免受恶劣环境伤害的膜。

真细菌的第二个领域，意思是“真正的细菌”，是比古细菌发展更晚的原核生物。这些细菌往往会让我们生病。

沃斯的第三个领域是真核生物，它涵盖了任何有核的生物，可以细分为原生生物、真菌、植物和动物等领域。一些真核生物在极端环境中也能很好地生存。

检查这些分类方法可能会产生一些困惑和争论——哪个系统更好?但它们也可以阐明极端微生物和其他生物之间的一些重要区别。

在我们看一些极端微生物喜欢的环境之前，这里有一些用于分类特定类型的极端微生物的附加名称:

在上一页，我们提到了嗜盐菌和内石。还有产甲烷菌，其中一些生活在牛的肠道中，并产生甲烷作为副产品。耐毒素极端微生物在剧毒环境中表现良好，比如切尔诺贝利核电站周围的辐射区域。

一个环境被称为极端，只是与人类的正常环境有关，但对极端微生物来说，他们喜欢的环境是“正常的”。及以后地球在美国，能够让人类生存的条件很可能是罕见的。反过来，所谓的极端环境和生活在其中的极端微生物可能更加普遍。在地球上，有很多因素可能会让一个地方被贴上“极端”的标签，包括以下因素:

还要记住，这些因素有时会以以下两种方式之一表现出来——即非常热或非常冷，高酸性或高碱性。我们看到或遇到的大多数生物都生存在41华氏度(5摄氏度)到104华氏度(40摄氏度)的温度范围内，但在核反应堆、企鹅粪便、火山例如，犹他州的大盐湖，以及包括昆虫在内的许多动物的消化系统[来源:科学教育资源中心］．在一个案例中，发现细菌被埋在阿拉斯加的冰中。当冰融化时，休眠了数万年的细菌重新活跃起来，就像什么都没发生过一样。

南极洲的Untersee湖是极端环境的一个很好的例子。水中充满甲烷，pH值呈高碱性，与洗衣液相当[来源:美国国家航空航天局］．美国国家航空航天局科学家们对这个湖特别感兴趣，因为它独特的环境——大量的甲烷和寒冷的温度——可能与其他行星的环境相似，比如木星的卫星木卫二[来源:美国国家航空航天局］．

人类喜欢pH值在6.5到7.5之间，但嗜酸菌在pH值在0到5之间的地方茁壮成长。人类的胃实际上属于这一类，我们的身体里生活着一些极端微生物。一般来说，嗜酸菌在酸性环境中通过加强它们的活性来生存细胞膜。一些生产生物膜(聚集的微生物菌落，形成粘稠的细胞外保护膜)或保护细胞膜的脂肪酸。另一些则可以调节体内的pH值，使其保持在6.5左右的较温和水平。

在高碱性环境中的极端微生物也能调节体内的pH值，并拥有能够承受高碱性影响的酶。其中一个极端微生物就是螺旋体属美国这种细菌生活在加州莫诺湖(Mono Lake)的淤泥沉积物中，于2003年5月被宣布发现。美国需要pH值在8.0到10.5之间的碱性环境，而且它是厌氧的，不能在有氧的环境中生存。这种极端微生物是已知的14种螺旋体之一。螺旋体喜欢硫磺泥沉积物，不依赖氧气。例如,螺旋体thermophila生活在深海热液喷口附近。

莫诺湖的泥是碱性的，pH值为10，非常咸，充满硫化物。这个湖变成这个样子是因为它是一个终端湖——水流入而不流出。当水蒸发时，化学物质和矿物质会留下来，变得高度浓缩。其他生命形式也在莫诺湖安家，其中包括卤虾、藻类和一种可以为自己制造气泡，使其能够在水下旅行的苍蝇。湖中还富含微小生物的微化石。

许多其他著名的极端环境也成为极端微生物的宿主。世界各地的许多间歇泉，包括西伯利亚的一些间歇泉，都有极端微生物生活在它们的热池和喷口中。在美国，黄石国家公园(Yellowstone National Park)有数以千计的间歇泉、泉水和其他地热特征，它们的温度、酸度和硫含量各不相同，还有多种类型的极端微生物。西班牙的一条河流——拓拓河(Tinto)富含重金属，因为该地区数千年来一直在进行采矿作业。同样，位于加州北部的铁山(Iron Mountain)的水含有大量的重金属和酸(采矿的副产品)，它可以在一天内腐蚀掉一个金属铲。但即使在这里，在地下矿井深处，来自古生菌和真细菌领域的微生物也能通过生物膜来保护和吸收养分，勉强生存下来。

20世纪60年代，生物学家托马斯·布洛克(Thomas Brock)博士在黄石国家公园(Yellowstone National Park)的温泉中研究细菌时，偶然发现了一些前所未有的东西。生活在该地区的细菌在异常高温下茁壮成长。新命名的水生栖热菌住在水温度接近212华氏度(100摄氏度)——几乎是沸腾的。

t . aquaticus为生物学上的两个突破性发现提供了基础。它被证明是第一种古生菌。(记住，古生菌是一组不同的生物，有自己独特的rRNA类型，不同于细菌。)同样重要的是，这种极端微生物产生了一种酶聚合酶该方法在聚合酶链式反应(pcr)中得到了工业应用。聚合酶链反应允许科学家复制一段DNA如果没有这个过程，从法医科学到基因检测，几乎所有需要DNA复制的工作都不可能完成。

其他极端微生物已被证明在工业和医学研究应用中很有用，尽管可能没有一种比这更有用t . aquaticus．科学家们已经研究了至少一种极端微生物，它能产生一种与人类体内发现的蛋白质相似的蛋白质。这种蛋白质似乎在各种自身免疫性疾病和关节炎等疾病中发挥着作用。来自嗜碱菌的酶被用于制造洗衣液和洗碗洗涤剂。它们也被用于去除动物皮上的毛发。另一种来自黄石公园的亲碱剂被用于造纸和处理废物，因为它产生一种蛋白质，可以分解过氧化氢。

美国国家航空航天局正在研究极端微生物，耐辐射球菌它具有极强的抗辐射能力。这种微生物可以承受比人类致命剂量高500%的辐射剂量[来源:Biello]。有趣的是，辐射确实会把微生物的DNA分解成碎片。但在许多情况下，DNA可以重新组装并重新正常工作。它通过去除DNA的断裂部分，使用一种特殊的酶将完好的DNA连接到其他仍然健康的DNA片段上，然后创造互补的片段与这些新形成的长DNA链结合。了解耐辐射奇球菌的这是否能让科学家让死亡细胞起死回生?对美国宇航局来说，利用这种dna抗性可以为制造更好的宇航服或宇宙飞船提供线索。

在下一页中，我们将考虑对极端微生物的研究如何改变了科学家对外星生命的探索地球．

有生源说原始生命形式可以在行星间旅行并在旅途中存活。对一些人来说，生源说代表了一种可能的生命起源地球因为来自其他星球的微生物可能已经到达这里，并成为所有随后发展的物种的祖先。这个概念经常被嘲笑为不现实和推测性的，但最近的几项研究为生源说提供了更多的可信度。

一项研究发现，一些缓步类这种微型八足无脊椎动物在暴露在太空和太阳能下10天后得以存活辐射．在其他各种研究努力中，科学家们发现，被归类为细菌、地衣和无脊椎动物的生物体在真空空间中至少存活了一段时间。一些免受辐射的保护，比如在岩石上，似乎有助于生物体在旅途中存活下来。但无论他们降落在哪里，这些太空旅行者都需要一个允许他们生活和成长的环境。

所以有了这些想法，我们是否可以说我们人类可能是外星人？一种流行的生源说认为，地球上的生命起源于大约45亿年前的火星，那里比我们的地球更适合生命生存[来源:布瑞特］．此外，后期重轰炸，一段时期的许多小行星撞击地球和火星它可能在大约40亿年前为地球带来了生命。但如果这是真的——许多科学家并不这么认为——生命几乎可以肯定不是来自其他太阳系或其他星球星星．人们仍然认为距离太远，生命无法存活。

人类起源的答案可能会揭晓，而不是像生源说这样牵强的理论天体生物学研究宇宙中生命的学科。天体生物学很大程度上依赖于对极端微生物的研究，因为人们相信地球以外的生命形式可能生活在极端环境中。但天体生物学不仅仅是对宇宙其他部分生命的探索。它还探讨了生命起源、有利于生命的环境、生命如何发展以及生命所能承受的极限等基本问题。

天体生物学的核心是寻找地球上所有生物的原始祖先，这些祖先被称为最后的共同祖先(LUCA)，最后的共同祖先(LCA)或新祖先。科学家认为LUCA是一种极端微生物，生活在30多亿年前的恶劣厌氧环境中。即便如此，科学家们也在争论在那之前发生了什么，从时间上追溯到哪里DNA基于生物(如人类和卢卡)，到基于rna的生物，最后到第一种生物(FLO)。

但这一探索将我们引向更基本的问题:即，生命是什么?(与此相关的是:我们离人造生命还有10年吗?而且我们在错误的地方寻找外星人吗?生命只是一束氨基酸吗?同样，地球究竟是什么时候从化学世界转变为生物世界的?生命是可以自我复制的吗?某种可以进化的东西?在探索我们从何而来的问题时，极端微生物，这些来自我们过去的奇怪幸存者，肯定会成为生物学令人兴奋的未来的一部分。

如果你想了解更多关于极端微生物，在其他星球上寻找生命和其他相关话题，请查看下一页的链接。