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不毛之海是海洋微生物宝库（第1页）

不毛之海是海洋微生物宝库

克雷格·文特尔因领导塞莱拉基因科技公司在3年内完成人类基因组定序而声名大噪。如今，他把研究兴趣转移到海洋微生物方面，展开了另一项壮举——为全球海洋微生物基因组编目。他所率领的研究小组，最近在百慕大群岛附近的马尾藻海中，发现了1800多种新的海洋微生物，以及121万余种科学界从未见过的基因。

2002年年初，文特尔辞去塞莱拉公司总裁职务后，创立了多家新的研究机构。对马尾藻海生态系统的基因组测序研究，由他新创的生物能源替代研究所具体负责。该研究机构首次对一个完整生态系统中的所有生物进行基因组测序研究，以寻找利用生物技术解决环境问题的新途径。美国能源部为文特尔领导的这项新研究提供总计900万美元的资助，而这些资金只能对整个研究计划提供部分帮助。美国能源部部长斯潘塞·亚伯拉罕在一份声明中认为，新研究有望加深人们对微生物种群的认识，在此基础上有可能开发出生产氢能、吸收大气层中二氧化碳的新型生物。

◆“生态沙漠”是个微生物宝库

自然界中的微生物多如恒河沙数，但绝大部分都无法在实验室中培养观察。因此，文特尔突发奇想，率领旗下研究人员远征大西洋上的百慕大群岛，准备就地取材。选择此地则是因为科学界向来认为马尾藻海营养贫乏，海洋生物数量有限，可以让取样的工作更加单纯。由大西洋中西印度群岛出发，经百慕大群岛至亚速尔群岛之间，有一片椭圆形海域，那就是马尾藻海，它因马尾藻聚生而得名。由于这一带生物稀少，该海域又被称为浮动的“生态沙漠”。文特尔说，他们采用高速运行的计算机，绘制了能在马尾藻海生态系统中找到的所有微生物的基因组序列图。

文特尔说，他有意效仿达尔文周游世界寻找新生命的方式来寻找新的微生物。文特尔把自己的专用游艇“魔法师二号”改装成研究船，在海洋中每隔320公里舀取海水进行采样。科学家通常是以实验室培养的方式研究微生物，可是能够在实验室里培养的微生物与整个生态系统中的微生物数量相比简直微乎其微。文特尔指出，海洋中的微生物基因宝库，可任由他们抽取DNA，完全不必培养。而利用基因组定序这项工具，他们就能够找到大量的新微生物。

文特尔等人在马尾藻海上挑了6处研究地点，以层层过滤装置汲取海洋微生物，为它们的基因组定序，总共定序了10亿多个碱基，然后再分析其DNA序列，结果大出研究者意料之外，这块众人心目中的“不毛之海”居然是一座海洋微生物宝库，除了已经鉴定出的1800多个新品种外，文特尔估计此地还可以找到5．1万种新细菌，充分彰显海洋无穷无尽的生物多样性。

◆新基因将有益于能源和环保方面研究

文特尔等人在马尾藻海的细菌中发现的12l万余种基因，超过以前公有数据库所列微生物种基因的总数，虽然其中许多是现有基因的变种，全新的基因仍多达7万余种，约为人类基因数目的两倍。其中782个基因的蛋白质产物对光敏感，可能蕴含微生物将阳光转化为生物能的秘诀。他们还发现约5000个新基因的功能涉及氢能的开发，这些新基因可将化合物中的氢原子转变成氢气释放出来，而廉价的氢气正是人类寄望最殷切的环保能源。此外，他们还发现了能够吸收重金属及其化合物的基因，这或许可以协助人们开发出处理棘手的重金属污染物质的新方法。

★蚕食木船的“海洋饿鬼”

◆神奇的肇事者

2000年夏天，美国缅因州立大学的海洋生物学家凯文·J·依可巴格接到报告说，缅因州的几个码头出现莫明其妙的坍塌。那些支撑码头的橡木桩有9米多长、25厘米多粗，可它们中的一些却断裂了。类似的事情以前也出现过，1997年，纽约西南布鲁克林码头的一个墩位突然坍塌，6个人掉进了水里。

为了弄清坍塌的原因，依可巴格来到码头。调查表明，事故的肇事者是一种微小的海洋软体动物，名为船蛆，它们生活在温暖的海水里，以蚕食木材为生。坍塌是由于那些木桩中间被一种原产自新英格兰的船蛆吃空了的缘故。这种船蛆很普遍，在拉丁语中，它的意思是“凿船者”。

船蛆青睐木材，遇难的木船、码头上的木桩、漂浮的木材是它们理想的居所。看上去，船蛆很像一种蠕虫，然而实际上，它们是一种蛤，头上有细细的壳，利用这种壳，它们能够钻进木材里，进食，长大。由于木材的种类不同，船蛆的个头差异很大，个头小的只有2厘米～3厘米长，而大的则可以长到1米。一旦整块木材或者说整条船和整根木桩被它们占领，便成了它们舒适的家和甜美的蛋糕，吃住的问题都一块儿解决了。而木材则变得千疮百孔，一碰便碎了。今天，尽管人类海运的历史已经进入到了高科技时代，但船蛆依然在肆虐。由于这种小动物有惊人的好胃口，全世界每年花在维修木船和木制海洋设施上的费用高达10亿美元。尤其是发展中国家，那里的渔民还在大量使用木制渔船，他们的防护办法传统而简单，一般是在船上涂上一层廉价的涂层，但在船蛆的进攻下，这种办法往往收效甚微。

◆它们改变了历史

公元前350年，古希腊哲学家描述了船蛆，他们称船蛆是可恨的动物，不好对付的麻烦。这是船蛆第一次进入到人类历史的记载中，从此以后，它们便和人类的历史相生相伴，从来没有让我们消停过。历史学家说，为了对付船蛆，古代希腊和罗马人都使用过铅、沥青和焦油，他们把这些东西涂在船体上以抵制船蛆的蚕食。而在3000多年前，腓尼基人和埃及人使用的则是沥青和蜡。

1．502年，哥伦布开始了第四次航海，在那次航海的途中，由于船蛆的破坏，他的船队受到严重损坏，哥伦布不得不下令将船队停在了加勒比海。1588年，船蛆又帮了英国海军的大忙，它们使英国人击败了不可一世的无敌舰队。

在16世纪和17世纪的200多年里，水手们想尽办法对付船蛆，他们把各种各样的东西覆盖在船体上，包括焦油、沥青、牛皮、毛发、骨粉、胶水、苔藓和木炭等。他们还将船只放到淡水和冰水中浸泡，或者用火烧烤船只的木材表层，这两种办法的确有效，淡水和寒冷可以杀灭船蛆，但需要较长的时间，火也能烧死它们，但同时也常常烧坏了船体。

18世纪，英国海军找到了一个可靠的办法对付船蛆，他们将所有舰船的底部都包上了铜板，这是当时最有效的方法，但昂贵的费用则是可想而知的。直到19世纪，人们开始用铜合金代替铜板，昂贵的费用才在一定程度上降了下来。

今天，人们普遍采用化学方法对付船蛆，他们使用高压将化学制剂注入到木材里，在海水中，这些化学物质会慢慢释放出来，它们不仅可以杀死船蛆，也可以防范其他对木材有害的动物。在美国，现在使用广泛的有两种制剂，人们统称为CCA，其主要成分是木焦油、铬酸盐和砷酸铜，CCA的确保护了木材，但同时也污染了海洋环境。

◆找到了一种酶

海洋生物学家丹尼尔·迪斯托尔发现了船蛆的一个秘密，这个秘密可以解释船蛆为什么如此青睐木材。在船蛆的鳃中，这位科学家发现了一种奇特的细菌，它们分泌出一种酶，正是这种酶使船蛆拥有了生存在木材中的高超本领，因为它们可以消化木材了。在其他海洋动物中，这可是绝无仅有的。

木材的主要成分是纤维素，它是一种糖分子聚合体，隐含着丰富的营养物质，不过绝大多数动物并不能消化木材，因为它们的身体中缺乏一种物质：纤维素酶。只有这种酶可以打开紧锁在一起的糖分子，这是动物们享受木材中营养物质的基本条件。由于船蛆身上的那种细菌分泌纤维素酶，因此它们有消化木材的超凡本领，木材对它们便无异于美味的蛋糕了。

在船蛆身上找到纤维素酶是一个意义重大的发现，科学家们据此可以找到一种控制船蛆的有效方法，同时又不污染环境。迪斯托尔和他的同事们正在寻找一种方法破坏船蛆和那种细菌的共生关系。假若做到了这一点，船蛆便失去了纤维素酶，它们就再也无法依靠木材生存，人们也就用不着再使用污染环境的化学方法了。

★赤潮成因之谜

赤潮是海洋受到污染后所产生的一种生态异常现象，其直接原因是有机物和营养盐过多而引起的。赤潮，顾名思义，应当是红色的，但实际上，赤潮的颜色并不都是红色的，其颜色也是多种多样的。影响赤潮的颜色主要看引起赤潮的是哪种海洋浮游生物。由夜光虫引起的赤潮，呈粉红色或深红色。由某些双鞭毛藻引起的赤潮，呈绿色或褐色。由膝沟藻引起的赤潮，海水有时竟不会出现明显颜色变化。据统计，能引起赤潮的浮游生物有上百种，其中甲藻类是最常见的赤潮生物，有20多种。

一旦在海域内发生赤潮，会给海洋中生活的其他生物、给海洋环境乃至生活在这一海域沿岸的居民造成严重危害。高度密集的赤潮生物能将鱼、贝类的呼吸器官堵塞，造成大批鱼和贝类的死亡。这些被赤潮毒死的鱼或贝类在海水中继续分泌毒素，危害其他海洋生物的生长。赤潮生物的残骸，在海水中氧化分解，大量消耗水中的溶解氧，使局部海水发臭，恶化海洋环境。如果人食用了被赤潮污染的鱼或贝，还能造成死亡。因此，防止赤潮的发生是许多海洋科学家十分关注的课题。

尽管人们已投人大量人力物力去研究赤嘲，但是，时至今天，人们对引起赤潮的原因尚未完全弄清楚。赤潮发生的机理，以及赤潮与各种海洋环境要素的关系，仍然是科学家们正在深入研究的课题。比如说，现在普遍认为，赤潮与海洋污染有密切关系。但是，人们在远离海岸的大洋深处也发现过赤潮，这是为什么呢?难道除了海区富养化能引起赤潮外，还有别的什么原因?再如，人们还发现，暴雨过后，海水表层盐度迅速降低，也能刺激赤潮生物的大量急剧繁殖，这又是为什么?正因为人们无法弄清楚赤潮生成的内在机理和发生规律，所以无法预报海区内发生的赤潮的灾害，以便提前防范。

★大白鲨之谜

尽管大白鲨频频出现在很多记录片和电影里，但是人类对这种古老的动物还知之甚少。因为这种海洋霸王腹部通常呈现白色，所以得名“大白鲨”。从进化论的角度来看，数百万年来，大白鲨的身体结构一直都没有变化。

大白鲨体形庞大，它们拥有轻盈的软骨骨架，体长能达到‘7米。在地球任何温度适宜的海域都会有大白鲨的行迹，比如南非、澳大利亚南部、美国加州附近海域。它们天生好胃口，凡是能捕获的食物几乎都能成为它们的美餐。

迄今为止，人类对大白鲨的了解最多只局限在上述这些肤浅的认识上，至于世界上到底有多少大白鲨，它们能活多长时间之类的问题，恐怕还没人能说得明白透彻。科学家目前尚未成功地观察到大白鲨**的全过程，更何况大白鲨生性倔强，一旦被人类捕获，离开自己广袤的海洋王国就会很快死去，所以到现在从没有真正意义上零距离接触大白鲨。

好奇心会牵引人们上天人海。从1988年起科学家就在加利福尼亚附近海域长期跟踪观察大白鲨。因为大白鲨踪迹隐秘，科学家特意在海边的灯塔上安装了观察设备，一旦发现有大白鲨袭击其他海洋动物比如海象、海狮，科学家会马上出动，用深水摄像技术抓拍难得的大白鲨活动的场面。

不久，科学家就会完成一个庞大的数据库的建设，向最终解开大白鲨之谜迈出重要的一步。根据数据库提供的信息，生物学家们初步推算大白鲨能活60岁至100岁。它们一般在13岁达到性成熟，这一点和大象乃至人类极为相似。根据现在掌握的资料，雌性大白鲨的妊娠期一般是18个月，因此推断大白鲨的繁殖周期远远长于其他动物。一些科学家初步估计，现在世界上仅存不到1000头大白鲨。由此看来，虽然号称海洋霸王，大白鲨也不能完全避免灭绝的危险。

斯坦福大学和加州大学的科学家动用了包括最先进的GPS卫星定位设备跟踪加州附近海域雌性大白鲨的活动踪迹。耗资惊人的综合检测系统，通过内部的电子时钟，日出和日落等外部数据来定位大白鲨所处的经度和纬度，依据遥感的海温图像，科学家可以判断出它们所处的环境。

综合该卫星系统去年获得的数据，科学家惊奇地发现，大白鲨并不只生衙在靠近海岸的浅海，更广阔的深海同样属于霸气十足的大白鲨的天地。一个取名为迪普芬的大白鲨是科学家重点观察的对象，40天之内，它从加州附近的浅海游到了3800公里以外的夏威夷。又过了4个月，迪普芬再次回到了它熟悉的加州浅海。是否雌性大白鲨还会向南方游得更远，现在还不能确定。至少科学家们推测，雌性大白鲨更倾向于独自在远离近海的南方产下幼鲨。

参考鲸和一些鸟类迁徙的习性，一些生物学家认为：大白鲨年复一年地奔波在“南北迁徙”的路上。如果这个假设真能得到印证，更多未解的问题又会冒出来：比如大白鲨为什么要不辞辛劳南北迁徙?它们在千万里的海洋跋涉途中靠什么来定位?浩瀚的太平洋里哪些生物会成为它们旅途中的可口点心?……

正如常年研究大白鲨的生物学家拜乐所说：“我们踏破铁鞋刚刚找到了一个问题的答案，马上就会又冒出4个新的问题。这正是研究大白鲨的乐趣所在。”