近日，中国丹麦古菌研讨会在武汉举行。古菌这种不为人所熟知的古老生物，成为中丹两国专家讨论与交流的核心话题。生命三大形式之一的古菌究竟在生物学界占有什么样的地位？缘何唯独它能在极度恶劣而漫长的自然环境中幸免于难？人类从它身上又得到哪些化解生存难题的启示？记者就此采访了与会专家。
是最古老生命体已存在了至少30亿年
辽宁日报：东教授您好！这次在武汉举行的科学研讨会上，科学家们对古菌基因结构、生物技术应用等多方面研究展开交流。普通人对细菌比较熟悉，而对“古”字当头的古菌这种生物比较陌生。您能从生物学的角度为我们介绍一下古菌是一种什么样的生物吗？
东秀珠：好的。古菌是一群具有独特的基因结构或系统发育生物大分子序列的单细胞生物，多生活在地球上极端的环境或生命出现初期的自然环境中。
确实，提起古菌大家不是十分熟悉，但是它在生物学界的地位却是非常重要的。地球上的生命是由古菌域、细菌域、真核生物域所构成的。如果将由相同祖先进化的所有地球生物比作一棵枝繁叶茂的大树，那么作为地球三大生命形式之一的古菌，是这个大树的一个重要分支。
辽宁日报：既然是由共同的原始生命祖先分化而来的，那么古菌与细菌和真核生物肯定既有区别又存在联系吧？
东秀珠：是的。古菌是一个在生命演化进程中很早就与细菌和真核生物分开、独立进化的生物群。古菌很独特，这种独特不仅表现在它具有独特的细胞结构，如其细胞壁骨架为蛋白质或假肽聚糖，细胞膜含甘油醚键，还表现在它在代谢过程中酶的作用方式既不同于细菌又不同于真核生物等。
同时，尽管古菌在细胞大小、结构及基因组结构方面与细菌相似，但其在遗传信息的传递和标志系统发育的信息物质方面（如基因转录和翻译系统）却更类似于真核生物。所以目前生物学界认为古菌在进化谱系上更接近真核生物，而在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物，即古菌具有细菌的形式，真核生物的内涵。
辽宁日报：现在生物学界对古菌的产生原因有一定的共识吗？为什么进化至今它会依然与细菌和真核生物保持着千丝万缕的联系？
东秀珠：上个世纪末，科研工作者根据基因组序列揭示了古菌基因组的结构，并推测当年是一个古老的细菌祖先和一个产生真核生物核质的祖先进行融合，伴随各种基因的丢失而产生了古菌。在以后的进化进程中多个细菌基因在古菌中发生过横向转移，因而导致各类古菌分别与不同种群的细菌有进化关系。
辽宁日报：那么，古菌到底有多古老呢？
东秀珠：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。曾经有学者对古菌的 “年龄”做过一个生动的比喻：如果将地球约46亿年的年龄比作一年，那么古菌早在早春三月的某天就出现了，而人类诞生的时间却是在这一年的最后一天12月31日。从诞生时间上讲，古菌可以说是人类的“前辈”。
在极端环境中生存古菌个个身怀“绝技”
辽宁日报：您刚才说古菌多出现在地球上极端的环境中，我们都在哪里发现过它们的踪影呢？
东秀珠：相对于其他生命形式，古菌多生活在其他生物不能生存的极端环境中。古菌个个身怀“绝技”。比如一种极端嗜热古菌能生长在90℃以上的高温环境中，德国一个研究小组在意大利海底发现的一族古菌，能生活在110℃以上高温中。这一族古菌最适宜的生长温度为98℃，降至84℃即停止生长。
大家一定对《死海不死》这篇文章还有印象吧，文章中说死海“浩荡的海水中竟没有鱼虾、水草，甚至连海边也寸草不生”，然而这样的不毛之“海”中却存在着丰富的微生物群落，它们中许多都属于嗜盐型古菌。这些古菌能够在盐度高达25%的环境下生长和繁殖。不仅如此，某些更加神奇的古菌还能够在晒盐场上的盐结晶里生存。
同样，一些耐酸耐碱古菌的生存环境同样十分苛刻，它们可以在火山地区的酸性热水中或碱湖、碱池中定居。此外，还有一些厌氧古菌存在于牛的瘤胃、白蚁的肠道和海洋生物的体内，并且在那里产生甲烷。它们也生长在没有氧气的海底沉积物中，甚至生长在沉积于地下的石油中。
辽宁日报：我们注意到这次研讨会上，您的课题组经过基因组序列分析了一种新的嗜冷古菌的适应性特征。想必嗜冷古菌也与您刚才介绍的其他古菌一样生活在极端环境下，那么您的课题组究竟在什么地方找到它们的呢？
东秀珠：嗜冷古菌生活在十分寒冷的地区（如南极），有的甚至就生活在冰里面。我们研究的嗜冷古菌来自青藏高原的湿地中。
辽宁日报：是什么决定了这种嗜冷古菌可以在如此严酷的环境中生存？
东秀珠：目前我们认为，古菌能在各种绝地生存的玄机，在于它具有独特的细胞结构。
比如嗜冷古菌的细胞膜中不饱和脂肪酸含量很高。关注人体健康的人可能都知道不饱和脂肪酸这种物质具有保证细胞正常的生理功能、提高细胞活性等功能。嗜冷古菌同样靠它在极低温度下保证细胞膜的流动性。还有，嗜冷古菌细胞具有特殊的表面蛋白使它们会在低温下聚集“互相取暖”，古菌细胞内的防冻物质含量高等。
破解古菌基因密码抢占生物技术高地
辽宁日报：破解不同种类古菌的基因密码，对我们未来生活中的各个领域都有着不同的指导意义。在众多种类的古菌中，我们更为关注能够解决能源问题的古菌产甲烷古菌。您采集到的这种嗜冷古菌也是产甲烷古菌中的一种。您能展望一下产甲烷古菌对我们会有何帮助吗？
东秀珠：能源问题已经成为目前人类关注的焦点，科学界一直在探索着化解人类能源危机的各种途径。沼气作为一种清洁的可再生能源，在目前的能源结构中日益担当起重要的角色。我们知道沼气最主要的成分是甲烷，而产甲烷菌是目前所知的唯一能大量产甲烷的生物，因此认识它们的习性对解决能源问题显得尤其重要。目前，我国已经大力开发生物能源，预计到2015年可生产生物甲烷500亿立方米。相信在我们的努力下，未来我们可以做到利用产甲烷古菌规模化生产甲烷，这对降低对于石化能源的依赖、调整能源结构、减少各行各业的生产成本等都是大功一件。
而且，甲烷不光可以燃烧产生能量，它在高温分解后还可以变成用作颜料、油墨、油漆等产品添加剂的炭黑。同时它还是制造氢、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的重要原料。这些又展示出了产甲烷菌具有经济价值的一面。
不过，从生态学的角度我们还应该看到，大自然就像是一个生产甲烷的大化工厂，甲烷在厌氧环境中由产甲烷细菌形成后，会散逸入大气。虽然甲烷在大气中的浓度低于二氧化碳，但它的热吸收效应却是二氧化碳的20-30倍，在加速全球变暖过程中起的作用仅次于二氧化碳。
因此加强对产甲烷菌的研究深度，更加合理的采集产出的甲烷，是人类利用它们的长处、防止它们的弊端的前提。
辽宁日报：除了嗜冷古菌外，其他古菌也在极端坏境下生活也各有法宝。我们向大自然要学习的东西实在是太多了。目前世界上应该有很多国家都在探索这块生物学界的大陆吧？
东秀珠：目前国际生命科学领域中，中国、丹麦、美国、法国、日本等国家都在开展古菌研究。古菌研究正在世界范围内升温，这不仅因为古菌界定了生物圈的边界，揭示着生命的起源，丰富了自然界的生物多样性，蕴藏着远多于另两类生物中的、未知的生物学过程和功能以及有助于阐明生物进化规律的线索，还因为古菌有着不可估量的生物技术开发前景。古菌已经一次又一次让人们吃惊。可以肯定，在未来的岁月中，这群独特的生物将继续向人们展示生命的无穷奥秘。
（来源：辽宁日报）
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