中丹联手揭古菌神秘面纱

科学时报记者 鲁伟 通讯员 范敬群

它们诞生于地球年的“三月天”，可以在一些“生命禁区”生存，蕴藏巨大应用前景

“虽然占地球生物量超过20%，但是古菌这种古老的生命体依然不为人们所了解。”近日，在华中农业大学召开的中国丹麦古菌研讨会上，华中农业大学校友、丹麦哥本哈根大学生物学院副教授佘群新告诉记者，来自中、丹两国的科学家们正试图联手揭开古菌的神秘面纱。

存在于生命边界

据佘群新介绍，作为地球上最古老的生命体之一，古菌已经存在了至少30亿年。曾有学者比喻，如果将地球约46亿年的年龄比作一年，那么古菌早在3月的某天就出现了，而人类诞生不过是12月31日的事。尽管古菌有着漫长的历史，但直到上世纪70年代才被生物学家发现，在饱受争议后，最终和真核生物、细菌一起统称为生物的三域。

“30年前人们习惯于将古菌等同于细菌。”中科院微生物研究所研究员东秀珠告诉记者，随着认识的深入，研究者发现，“古菌的外壳像细菌，内核更像高等生物，为我们研究生命的繁衍、DNA复制等提供了非常好的模式”。在长期的科研实践中，东秀珠发现，古菌中蕴藏着远多于另两类生物的、未知的生物学过程和功能，“它让我们惊讶，并不断扩大我们之前的认识”。“其中最重要的就是对生命边界的认知。”东秀珠举例说，传统观念认为温度高于100℃就没有生命存在，但研究发现有一种嗜热古菌在高温下仍能够不失活性并正常生长。

“现在我们知道121℃仍然有生命存在，也许还会更高。”东秀珠认为，很多古菌生活在高温、高压、高盐以及酸性等极端条件下，那里曾被誉为“生命的禁区”，研究古菌就是希望它能告诉我们生命的界限在哪里。

宝贵的基因资源

虽然国内对于古菌的研究大都停留在生物学的基础研究方面，但是研究者们已经从极端条件下生存的古菌身上看到了巨大的工业应用前景。华中农业大学生命科学技术学院教授梁运祥告诉记者，正是因为很多古菌能在高温、高压、高盐等极端环境中生存，所以古菌生物技术为工业生产应用提供了丰富的基因资源。比如研究嗜盐菌的耐盐机理，有助于解决植物难以在沙漠化地区和盐碱地生存的难题。梁运祥介绍说，去年，华中农业大学与丹麦哥本哈根大学古菌研究中心合作完成了古菌的遗传操作体系，接下来还将尝试开发一些有用的基因。作为国内为数不多的古菌研究者之一，东秀珠也作着同样的尝试。她和她的团队长期研究生产沼气的甲烷古菌，并积累了很好的成果。目前，他们已经从青藏高原采集到一种耐低温甲烷古菌，正试图从中找到突破，用来攻克“冬天不产沼气”的难题。

此外，研究人员还尝试从嗜热菌和嗜冷菌中分离出不同特性的酶，用在食品加工、造纸等领域。据丹麦哥本哈根大学生物学院副教授Anders介绍，由于嗜冷微生物在低温条件下调节能力更强，含有更多的不饱和脂肪酸和短链脂肪酸，在丹麦，人们将嗜冷酶广泛应用在牛奶加工业。 

需要更多人的关注

相对于古菌研究的巨大前景而言，国内为数不多的几支研究团队显得过于单薄。因为研究力量薄弱，所以研究者们特别珍视彼此间的合作。梁运祥告诉记者，去年由丹麦发起完成的古菌全基因组测序工作，几乎所有的古菌研究者都自费参与其中，只有合作才能走得更快已经成为大家的共识。丹麦哥本哈根大学古菌研究中心在极端微生物领域的研究已有20多年的历史，是全球最早从事极端微生物研究的实验室之一。该中心负责人Roger教授对中国古菌研究作出了如此评价：“每一个实验室都有自己的特色，虽然没有竞争，但是有重叠，这种相互之间的合作使得你们处于一个高产的阶段。”他同时建议，应该建立相对中心的实验室来带动整体研究水平的提升。

作为此次中国丹麦古菌研讨会的发起人之一，佘群新在华中农业大学和哥本哈根大学之间建立了非常好的合作纽带，还希望更多的人来关注，包括一些生物企业，只有理论研究和应用结合起来，才能共同推动古菌研究的发展。

佘群新告诉记者，目前，华中农业大学的实验室已经取得了一些令人兴奋的进展，预计最新成果将会在明年发表。对此，他充满了信心和期待：“我们现在所处的阶段就好像站在一个小岛上，看着远方已经初显的陆地，那将会是又一个小岛呢，还是大陆？”“我想应该是大陆。”佘群新说。