生物谷：南極洲是世界上受人類活動影響最少的地方,，由于氣溫極低，那里的冰層中保留著許多原始生命物質(zhì),。近日美國新澤西州拉特格斯大學(xué)的科學(xué)家們對從南極洲取回的“年齡”在10萬至800萬年的冰塊進(jìn)行了研究,，并首次在實驗室條件下復(fù)活了800萬年前的古老細(xì)菌。
據(jù)《美國國家地理雜志》日前報道,，此次,，美國新澤西州拉特格斯大學(xué)的科學(xué)家們研究的冰塊全部來自南極州必肯(Beacon)峽谷，必肯峽谷擁有世界上最古老的冰層,?？茖W(xué)家們在對這些冰塊進(jìn)行觀察時發(fā)現(xiàn)，一些距今800萬年前的冰塊中存在冰凍的生命信息非常微弱的細(xì)菌,。在拉特格斯大學(xué)凱·比德爾教授的帶領(lǐng)下,，科學(xué)家們將上述冰塊放在溫暖的培養(yǎng)液里進(jìn)行融化，經(jīng)過一段時間后,，通過顯微鏡觀察,，科學(xué)家們看到800萬年前的細(xì)菌解凍復(fù)活了，它們的新陳代謝活躍了起來并開始在培養(yǎng)液的環(huán)境下進(jìn)行繁殖,。
比德爾教授介紹說,，這是科學(xué)家們首次在實驗室條件下將地球上如此古老的細(xì)菌復(fù)活，在接下來的研究中,，他和同事發(fā)現(xiàn)這些800萬年前的細(xì)菌DNA中只有210個脫氧核苷酸,，而目前普通細(xì)菌的DNA中包含大約300萬個脫氧核苷酸。比德爾教授認(rèn)為,，古老冰塊中細(xì)菌DNA里脫氧核苷酸數(shù)量大幅減少是由于宇宙輻射造成的,。地球兩極宇宙輻射的強度是最大的，在漫長的歲月里冰塊中細(xì)菌DNA里脫氧核苷酸數(shù)量在宇宙輻射下大幅減少了,。
比德爾教授補充說,，這次在實驗室條件下復(fù)活的800萬年前細(xì)菌種類都是已知的，科學(xué)家們沒有發(fā)現(xiàn)新的細(xì)菌品種,。參與這項研究的另一位科學(xué)家保羅·法爾科斯基表示,，南極洲的大部分細(xì)菌都來自非洲沙漠，在風(fēng)的作用下非洲沙漠里的細(xì)菌被帶到南極冰層表面,，此后隨著冰層的增長細(xì)菌被凍在了冰里,。此外,，也有一些細(xì)菌可能恰好進(jìn)入了冰塊的小水泡里，這樣這些細(xì)菌就在冰層里保留了一些微弱的新陳代謝活動,。
報道說,，新澤西州拉特格斯大學(xué)科學(xué)家們將古老細(xì)菌復(fù)活的工作對于研究地球生命的歷史以及其他星球(例如火星冰層)有很大幫助。此外,，幾年前美國科羅拉多大學(xué)的科學(xué)家們也利用加溫融化的方法將南極洲干凍達(dá)20年之久的微生物重新復(fù)活了,，這些微生物隨后變得生機勃勃?？茖W(xué)家們認(rèn)為,，這些試驗研究揭示了極端生態(tài)系統(tǒng)中生命具有的令人驚訝的適應(yīng)性以及微生物在外界條件改變后能迅速恢復(fù)生機的本領(lǐng)。(維佳)
南極大陸最古老的冰層中至今還封存著數(shù)百萬年前的遠(yuǎn)古微生物,。美國科學(xué)家的一項最新研究發(fā)現(xiàn),，南極冰封多年的細(xì)菌仍然具有活性，其中的一些距今已有800萬年的歷史,。該研究成果加深了科學(xué)家對生物在冰凍條件下可存活時間的認(rèn)識,，同時也對地球生物起源于太陽系外彗星的觀點提出了質(zhì)疑。相關(guān)論文發(fā)表于8月8日的《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上,。
通過融化從南極洲Mullins和Beacon永久凍結(jié)帶獲取的古老冰塊樣品,，美國羅格斯大學(xué)的微生物學(xué)家Kay Bidle和同事發(fā)現(xiàn)，距今10萬至800萬年的遠(yuǎn)古細(xì)菌仍具有活性,。Bidle表示,，盡管此前也有過類似的發(fā)現(xiàn)，但那些細(xì)菌只有大約30萬年的歷史,。他說,，“最新的研究大大地拓展了人們對細(xì)菌活性維持能力的理解。”
不過,，研究人員注意到,，從距今10萬年的冰塊中獲取的細(xì)菌繁殖得較快（約一周），相比之下,，800萬年冰塊中細(xì)菌的DNA受到嚴(yán)重破壞,，復(fù)制得非常慢（約一兩個月）。進(jìn)一步的分析表明,，這些細(xì)菌的DNA隨著時間的推移,，已經(jīng)高度破碎化。10萬年冰塊中細(xì)菌的平均DNA片斷長度約為18500個堿基對,，而800萬年冰塊中的細(xì)菌為210個堿基對,。研究人員藉此提出了一個有趣的概念——“DNA半衰期”（DNA half-life,，DNA片斷長度減半所需要的時間）,，并且表示，在冰凍狀態(tài)下“DNA半衰期”約為110萬年。
科學(xué)家認(rèn)為,，南極強烈的宇宙射線很可能是造成DNA逐漸破碎的原因,，而110萬年的半衰期也令一個長期存在的觀點變得不太可能，那就是地球生物最初來自于太陽系外的彗星,。Bidle表示,，“如果以彗星的速度從太陽系外運動到地球，所花的時間肯定不止800萬年,。到那時,，彗星上的DNA將被完全破壞。”
然而,，并非所有的專家都對此表示認(rèn)同,。美國宇航局馬歇爾空間飛行中心（NASA's Marshall Space Flight Center）的太空生物學(xué)家Richard Hoover表示并不理解這二者之間究竟有何關(guān)聯(lián)。他認(rèn)為,，冰凍和巖石可以幫助彗星內(nèi)部的微生物抵御宇宙輻射的影響,。
Bidle和同事指出，新的發(fā)現(xiàn)的另一方面的意義在于重現(xiàn)地球冰川期末期的生物遺傳多樣性,。他們認(rèn)為,，融化的冰架可以提供豐富的“基因冰棒”（gene popsicle，指被冰凍的DNA）,，從而使科學(xué)家構(gòu)建出冰川末期地球上所有的微生物種類的基因組,。（科學(xué)網(wǎng) 任霄鵬/編譯）
原始出處:
Published online before print August 8, 2007
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.0702196104
OPEN ACCESS ARTICLE
Microbiology
Geology
Fossil genes and microbes in the oldest ice on Earth
( ancient ice | community DNA | metabolism | metagenomic analysis | cosmic radiation )
Kay D. Bidle *, SangHoon Lee *, David R. Marchant , and Paul G. Falkowski *¶
*Environmental Biophysics and Molecular Ecology Program, Institute of Marine and Coastal Sciences, and Department of Geological Sciences, Rutgers, The State University of New Jersey, New Brunswick, NJ 08901; Polar Research Institute, Korea Ocean Research and Development Institute, Incheon 406-840, Korea; and Department of Earth Sciences, Boston University, Boston, MA 02215
Edited by David M. Karl, University of Hawaii, Honolulu, HI, and approved June 26, 2007 (received for review March 9, 2007)
Although the vast majority of ice that formed on the Antarctic continent over the past 34 million years has been lost to the oceans, pockets of ancient ice persist in the Dry Valleys of the Transantarctic Mountains. Here we report on the potential metabolic activity of microbes and the state of community DNA in ice derived from Mullins and upper Beacon Valleys. The minimum age of the former is 100 ka, whereas that of the latter is 8 Ma, making it the oldest known ice on Earth. In both samples, radiolabeled substrates were incorporated into macromolecules, and microbes grew in nutrient-enriched meltwaters, but metabolic activity and cell viability were critically compromised with age. Although a 16S rDNA-based community reconstruction suggested relatively low bacterial sequence diversity in both ice samples, metagenomic analyses of community DNA revealed many diverse orthologs to extant metabolic genes. Analyses of five ice samples, spanning the last 8 million years in this region, demonstrated an exponential decline in the average community DNA size with a half-life of 1.1 million years, thereby constraining the geological preservation of microbes in icy environments and the possible exchange of genetic material to the oceans.
