海底菌类的《阿凡达》式生活

丹麦生物学家发现，海底菌类

　　海底菌类的《阿凡达》式生活

　　一开始，丹麦生物学家尼尔森只想弄清，生活在海底沉积物表层和底层的细菌，如何同时获得氧气和养分，存活下来，结果他发现，它们之间可能存在着一张微观的电网，互通消息，传输能量，就像在电影《阿凡达》中纳威人交流时那样。

　　文/ 红猪

　　在电影《阿凡达》里，纳威人的沟通方式十分令人神往。他们向外界传递信息，根本用不着什么互联网，只消将自己发梢上的触须缠上对方“接口”，彼此的心灵就能瞬间打通。这种“感应”甚至还能发生在“人”和动物、植物之间，千里之外皆可传情达意。

　　按照人类的理解，遥远的潘多拉星上应该也存在一种“互联网”，但是跟我们今天熟知的计算机网络相比，潘多拉星上的互联网更像一种“自然属性”，“联网”起来也更加直接、便捷，而且还能脱离通信硬件进行。

　　这样的沟通方式，在地球上可能实现么？拉斯.彼得.尼尔森是丹麦奥斯胡大学的一位生态学家，他没看过《阿凡达》，现实生活里也更钟情于海底菌类这样的生物。上个月他在《自然》杂志上发表了一篇论文，描述海底菌类如何交换氧气和养分。根据尼尔森的最新发现，海底菌类之间可能存在一张围观的电网，它们通过这张电网交换信息、传输能量。

　　论文发表后，很快他收到同事的短信，短信上说：“尼尔森，你发现了《阿凡达》的奥秘！”

　　小细菌的大能耐

　　发现烧瓶中的“潘多拉星”，起因源于微生物研究的一个常规问题。在生物学家看来，生活在海底沉积物中的菌类一直面临氧与养分不可兼得的问题：沉积物顶部的菌类近水楼台先得“氧”，但对远在一公分之下的矿物养分鞭长莫及；而隐居沉积物底部的细菌虽然坐守矿藏，却整天吸不上一口氧气。那么，两者都是如何生存下来的呢？

　　一开始，尼尔森猜测，沉积物表面和底部的细菌会互通有无，交换氧气和养分。为了一探究竟，他和同事来到大学附近的奥斯胡湾，从海底20 米处挖出若干泥土，带回实验室观察。

　　随泥土一同带回实验室的还有硫细菌，它们必须靠硫化物获取能量。研究人员先将泥土和菌类放进烧瓶，倒上海水，然后从水中抽出氧气。实验逻辑如下：如果细菌间真的存在上下层的矿氧互换，那么改变沉积物上层的氧气浓度一定会使下层细菌有所察觉，它们的反应也应当会引发沉积物中的化学变化。结果证明，下层细菌的确对供氧变化有所行动，但其速度之快，远远超乎尼尔森等人的预料：他们先在海水中抽走氧气，接着恢复供氧，结果上层的供氧刚刚恢复，下层的细菌就立刻开始分解周围的硫化氢，水中的PH 值也随即迅速变化。

　　烧瓶中的沉积物虽然仅厚12 毫米，却达到细菌体长的1 万倍，如果将实验结果扩大到人类的尺度，就相当于某处的油田刚刚掘出石油，20 公里之外的炼油厂就开机炼制；原因显然是两者间通过了电话、电报或电邮。尼尔森及其同事自然也想到了这点。他们分析：由于沉积物厚度太大，即使一端发生剧变，渗透作用也不可能在瞬间到达彼端；唯一合理的假设，就是上下层的细菌间通过发送电子来互通消息。具体怎么做到这点尚不清楚，但根据尼尔森的猜测，细菌个体之间应该存在一张微观电网，而沉积物中的金属颗粒（如铁或锰）就可能起到了导线的作用。

　　研究人员甚至猜想：这张网络不单能传递信息，还可提供能量。原本的设想是上层细菌将海水中获得的氧输送到下层，后者再将其转化成能量。但有鉴于沉积物的厚度，这一点无法实现。他们现在认为，下层细菌可能直接从电网中吸收电能，并将下层的养分以化学迁移的形式输送到上层。

　　“它和我们的知识背道而驰”

　　在尼尔森看来，这项发现“神了”， “它和我们迄今为止的所有知识背道而驰。”他认为，对于这些细菌的生活方式，未来都得换一种方式思考。

　　地球化学家们早就知道微生物会在海床中制造微弱电流；近年发现的细菌中，有的外层覆盖着能够输送电子的酶，还有的全身插满微米级别的导电细丝，研究人员也常利用细菌的这个本领用来制造微生物燃料电池。但在尼尔森看来，前人的兴趣主要集中在发出的电上，至于发电的具体机制是什么、菌类为什么会有发电的能力，这些问题却被抛诸脑后。他也坦言，这张电网的具体运作方式仍旧疑点重重。“导线是用什么做的？它们是怎么和细胞连接，又是如何相互连接的？还有，它们究竟是怎么形成的？”

　　尼尔森将结论和疑问都在《自然》杂志上刊登后，他的同行也纷纷表现出兴趣。

　　美国南加州大学的地球生物学家肯尼斯.尼尔逊认为，这项新发现“只能在化学之外另求解释”；而“找到输送电子的机制”将是下一步的研究热点。

　　加州克文研究院的生物地球化学家尤里.戈毕也觉得实验结果激动人心，但对于尼尔森的说法他并未照单全收。在他看来，虽然从烧瓶实验中“很容易联想到电力共生”，但“要谨防科学上未经证实的结论。”戈毕在2004 年就和同行在实验中发现了微生物纳米导线的存在，但这种导线只能将电子输送到30 纳米（一纳米等于一米的十亿分之一）开外，况且在自然沉积物中也从未发现过。尼尔森也承认，在自然界中开展这类工作无异大海捞针。

　　而关于人们对尼尔森实验和《阿凡达》的对比，尼尔森自己也承认，两者的相似度的确“挺惊人的”，但接着就说：“我不认为我们发现的这个网络里有什么精神活动，可能只是传输能量用的；但这些连接的确存在。”

　　在实际运用方面，尼尔森认为，它“对许多环境中的能量传输和电子流动都有启发”，还说它们或许可以在利用细菌进行的生物修复、碳截存和能量制造中派上用场。