第十四集：不肯弃暗投明的“暗物质”

我想，你对“暗物质”这个词一定不陌生，它指的是，在宇宙中不发射电磁辐射，也不与电磁波相互作用，因此我们根本无法看到和探知的那些物质。然而，它们却占据了整个宇宙90%以上的物质含量。

那么你知道吗，在我们的生物世界，也存在着这样一些，占据了整个生物群体大约十分之一，然而却不为我们所知的“暗物质”。它们生活在海底沉积物的深处，在那些我们很难到达、更难以取样的地方，例如海洋垃圾、或是三百万年前形成的海底冻土。像这样的地方，阳光、氧气等等这些、我们认为生命所需的必要物质，根本无从谈起。

现在你可能猜到了，我所说的地球生物世界里的“暗物质”，隶属于神秘的海洋微生物。

今天我要讲的，就是海洋微生物、以及其中那些大量存在的、不为人知的“暗物质”的故事。

科学家已经为我们描绘了一幅地球从无生命的原始球体，演变到出现生命的过程。最早的生命是一些古老的单细胞生物，一直到现在，海洋里数量最多的生物，既不是游来游去的鱼类，也不是随波摇曳的植物，而仍是单细胞生物，也就是海洋微生物，它们多到什么程度呢——我用一个百分比来告诉你，它们占据了整个海洋生物的98%。

关于“最早的生命究竟是从哪里诞生的”这个问题，人类是一直等到能够下潜到深海海底进行研究的时候，才通过观察，得到了一些普遍认同的猜测。

1979年，一艘名叫“伊利斯”号的深水潜艇，搭载着一名海洋学家和一名生物学家，下潜到海底，他们的目的地是海底火山口。在这些地方，他们看到了一个和陆地上完全不同的生态系统，一个依赖化学物质生存的生态系统。类似的探险还在继续，科学家们在几乎每个大洋盆地中，都对海底热液喷口做了探查，也都发现了复杂的生物群落。你能想象吗，在高达114摄氏度的深海热液口，仍有顽强的生命存在，它们出色的生存能力令人惊叹。

科学家们的猜测是，大约在38亿年前，也就是地球诞生后的八亿年，大气中还没有大量的氧气，也没有臭氧层，紫外线可以直达地面，陆地上并没有生命存在，而海洋里，依靠海水的保护，在海底热液喷口中，生命出现了。

这个38亿年的时间节点说明的是什么呢？我仍然要用数字来告诉你，它说明的是，地球上的整个生物界历史，其前面的85%，都由微生物所独占。

那么，对于以研究地球上生命的发展为课题的科学家来说，微生物，当然就提供了非常重要的线索。

然而，对海洋微生物进行研究，你一定能想象到它的困难。和我们熟悉的那些生物学家的工作方式比较起来，研究海洋微生物，可是完全不一样的。比如研究动物的科学家，你可能会对一名勇敢的英国自然学家珍.古道尔印象深刻，因为她为了近距离地观察和研究黑猩猩，深入到非洲森林，和这些动物生活在一起；你也可能在脑海里浮现出生物学实验室的模样，穿着无菌实验服的科学家们，利用显微镜等实验器材，对培养皿中的细胞进行观察。然而这些研究场景，在面对海洋微生物的研究者看来，都显得是如此奢侈，因为他们并不享有这样的便利。想要观察和研究海洋微生物，首先要解决如何获得它们的问题，然而对于居住在海洋深处的微生物，它们往往还都位于像热液喷口那样的危险位置，“如何获取”它们，就面临着极大的挑战。

美国田纳西大学的海洋微生物学家卡伦.劳埃德正在做这样的事情。这位女科学家，为海洋微生物中那些“暗物质”一样的存在感到着迷，她把它们描述为——“不遵循人类所理解的常理而存在的生命”。

对于生命来说，我们一般理解的“常理”有些什么呢？阳光和氧气是一定要的，合适的温度，合适的酸碱度，以及合适的含盐度，是不是都是我们理解的生存必需条件呢？那我告诉你，对于微生物来说，所有这些，都不是必需。你能想到的极端环境，比如从PH值1.4的极端酸性到13.5的极端碱性，这样连金属都会遭受强烈腐蚀的环境，微生物没问题；又比如高温至114度的火山热泉、深海热液口，或低温至零下15度的西伯利亚永冻土，微生物也没问题；再比如氯化钠含量已经饱和，能直接析出盐分的环境，一般说来，其盐度已经达到300%，微生物还是没问题。

对于这样一些特立独行的微生物“暗物质”，科学家显然无法将已知的微生物的生存方式套用在它们身上，那些最基本的问题，比如：它们吃什么？它们呼吸什么？它们如何繁殖？什么时候繁殖？它们会不会互相帮助？它们也会有微生物之间的争斗吗？等等这些问题，在普通的微生物身上，都可以通过观察得到答案，然而对于“暗物质”，就全部是无解之谜。

卡伦.劳埃德的团队决定一步一步来，他们需要先解决如何“获得”暗物质的问题。单看步骤，似乎并没有什么特别：他们需要从海底沉积岩中取样，对于已经拥有海底深潜器的国家来说，在海底取样这件事，并不算太难。他们可以固定在海床上，用钻头钻透数米的沉积物，进行取芯，然后把样本带回海面。然而你可能也会想到，这个过程中，改变不断在发生。深海环境富含甲烷，这种我们通常以为是气体的物质，因为海底的高压，会是一种固体的形态。当起重机将取自海底的沉积物样本吊到海面的甲板上，会发生什么情况呢？随着越来越靠近海面，压力逐渐减低，样本在减压的过程中就会释放出甲烷气体，而样本表面一些珍贵的研究材料，当然就会随之流失。对于那些珍贵的微生物“暗物质”而言，当它们暴露在并不属于自己的生存空间，失去了原本那些非常极端的外部条件，“暗物质”还是“暗物质”吗？

这正是科学家们面临的最大问题。即便他们利用加压容器等办法来保存上岸的样本，并且相信改变了环境的“暗物质”仍是它们自己，然而要研究它们，通常的办法就是，需要在实验室里培养更多的它们，这样才能获得足够多的研究对象，达到真正研究的目的。

你可能也会想到，这是无法完成的任务。科学家们根本无法在实验室里对这些“暗物质”进行培育。卡伦.劳埃德无奈地承认这一点，并且，她连原因也找不到，特立独行的“暗物质”拒绝在平庸的环境里生存和繁衍。劳埃德猜想，这可能是因为它们在自己的家园里，相互依赖，因此不会在单纯的培养皿中独自生长；也有可能，它们已经习惯了恶劣的环境，实验室提供的高营养条件，反而令它们无所适从，无法适应。

我必须说，“暗物质”不愧为“暗物质”，它们用自身的高冷和神秘，让人类难以接近，明知道它们的存在，更清楚它们的价值，但就是无法利用，无法让它们“弃暗投明”。在微生物界，我们无法通过培养方法来观察和研究的微生物物种估计占到了85%到99%的比例。有没有一种“望洋兴叹”的感觉？

然而科学家没法就这样“望洋兴叹”下去，他们需要迎难而上。比如，当一项全球攻克抗生素耐药问题的计划发布以后，为了发现新的抗生素，科学家首先需要解决的，就是如何培养出拒绝被培养的微生物的问题。

我们知道，细菌的耐药问题越来越严重，越来越成为人类健康的威胁，原来有用的抗生素，会在产生了耐药性的细菌面前失去作用。而海洋里的微生物与人类极少接触，因此它的耐药基因从海洋转移到医疗系统的概率就非常低，也就是说，其耐药风险会相对低，对它们进行深入研究，有利于研发出新型抗生素，那些洋洋得意的耐药细菌，会像我们人类不认识“暗物质”一样，根本无法识别这些来自于海洋“暗物质”的抗生素。

听懂了这个逻辑，你会不会更能理解科学家的两难境地了呢？

也有不那么执着于在实验室里培养出“暗物质”的科学家，他们相信，利用一种很前沿的基因分析方法——“宏基因组学分析”，直接从环境样品中提取全部微生物的DNA，就可以避开“培养”的难题。他们也的确在用这种方法分析微生物“暗物质”的时候，发现了和所有已知内容都完全不一样的基因序列，这种独特的存在，甚至无法放入现有的生命演化树中。

你知道，科学一直是在发现与猜想、以及验证的过程中不断进步的。对于海洋微生物中的“暗物质”，科学家们仍处于不断试图去发现，然后在有限的发现中，产生猜想的阶段。对于那些无法放入生命演化树的“暗物质”基因序列，科学家猜想，他们也许来自一些非常与众不同的病毒；也许它们代表着生命树上一个完全崭新的、未知的分支。

然而既然是猜想，就会有反驳，持反驳意见的科学家认为，既然是来自极端环境，那样的环境可能导致生物的基因发生迅速演变，那么，现在发现的“崭新”基因，也许只是科学家的错觉，也许它根本就是一个老熟人，只不过在奇特的生存环境中，改头换面了一番，就变得让人不认识了啊。

今天关于生物世界的“暗物质”故事，我就先讲到这里。科学家正在想方设法让它们能够真正进入我们的认知世界，而今天认识了它们的你，也许就会是在未来实现“揭秘”的那个人。