如何从海底培育奇异的生命形式

安娜-路易斯·雷森巴赫曾到过大西洋、太平洋和墨西哥科尔特斯海的海底。有时她会坐在海浪上的船上，让机器人潜入这些地方。有时她会亲自潜入水下，被密封在潜水器内，潜水器会把她安全地带到距离海面一英里多深的热液喷口。

雷森巴赫是一名极端微生物猎人，她试图了解地球上最奇特的微生物。她从喷出硫化物和温度高达数百华氏度的水的喷口中捞出微生物。然后她把微生物带回波特兰州立大学的实验室，尝试在培养皿中培养它们。

迄今为止，世界上只有一小部分微生物物种被发现，在实验室中研究的微生物物种就更少了。在培养皿中培养新的微生物物种有助于科学家了解它们对环境的影响，以及它们对人类的益处。它还有助于科学家找到新的酶——微生物用来分解分子并构建新分子的蛋白质。

雷森巴赫的实验室是第一个培育出数十种极端微生物的实验室。这是一项壮举，它涉及弄清楚一些相当奇特的生物的需求。“基本上，你必须猜测微生物吃的是什么，”她说。“什么样的碳？多少？太多会杀死它吗？”

像她这样的工作是寻找新型生物技术产品的第一步，例如可以制造生物燃料、从开采的岩石中提取珍贵矿物或帮助家庭清洁的酶。最近，雷森巴赫的实验室成为第一个培养古生菌的实验室，这种微生物在世界各地的超热海底喷口中很常见。她和同事与范德堡大学的生物学家合作，发现这种物种可以制造一种天然抗生素，随着细菌对已知抗生素的耐药性越来越强，或许可以为对抗疾病提供一种新工具。

《大众科学》最近通过电话采访了雷森巴赫。继续阅读，了解如何培育嗜热菌，以及了解哪个热门旅游景点实际上是嗜热菌多样性的温床。

科普：请您概述一下你们实验室的职责。

Anna-Louise Reysenbach：我们对高温环境中的微生物多样性和生态学感兴趣，因此对陆地温泉和深海喷口感兴趣。我们使用分子方法来识别这些环境中有什么。我们还能够从这些地方培养一些以前难以培养的微生物。

PS：您的研究有哪些实际应用？

AR：我的大部分工作都是非常基础的研究：发现新生物。你永远不知道在这些生物中会发现什么新奇的应用。

例如，Taq 聚合酶，这种酶可以扩增大量单个基因，彻底改变了分子生物学——这种酶最初来自黄石国家公园温泉中的一种微生物。培育这种微生物纯粹是出于好奇，而不是为了产生生物技术影响。

我认为很多高温微生物都有这种潜力。它们中的很多都参与了矿物-微生物相互作用，因此它们可以调动矿物。高温微生物已被用来从矿山尾矿中提取更多的金属。

我们所有的洗涤剂中都含有酶，因此它们可以分解油脂。从高温生物中提取的酶可以用于洗衣粉中。如果你要在高温下洗衣服，那么你需要酶保持稳定。

更稳定的酶有很多实际的应用。

“你必须在多种环境中筛选多种生物来寻找新产品。”

PS：像您这样的科学家发现有实际应用价值的微生物的可能性有多大？

价值数百万美元的酶很少见，但一旦成功，就会大获成功。我认为这就是为什么你必须在很多环境中筛选大量生物来寻找新产品的原因。

PS：人们通常是从这些微生物中提取酶用于实际应用，还是使用整个微生物？

AS：大多数时候，他们使用酶。然后他们可以将其复制成可以大量生长的东西。

PS：假设你把一种新的嗜极微生物带回实验室。你该如何让它存活下来并诱导它繁殖呢？

AS：所有生命都需要碳和能量。我从碳开始。你可以使用各种含有各种元素的复杂有机物，这样它们就可能会用到这种复杂有机混合物中的某种元素。

然后你想到了能量。它是有机碳还是一些氢和氧？它将使用哪种氧化还原对？

它真的需要微生物伴侣吗？很多时候，它们需要伴侣来生产某些关键氨基酸。它们不能独自生存。

我利用我对温泉地球化学的了解，来弄清楚什么是理想的地球化学环境。

你提供必需的维生素和必需的矿物质。你确保 pH 值与它们生长所需的 pH 值相近。你确保温度与它们生长所需的温度相近。

然后你就希望得到最好的结果。

PS：您培养微生物失败的频率有多高？

AS：我认为，一半一半。

附言：这比我想象的要好得多。

AS：我对自己寻找的东西非常有针对性。据估计，我们只能培养地球上所有微生物的 1% 到 10%，但如果我要寻找某种特定的东西，我通常都能得到它，或者得不到。

“当你发现一个从未有人见过或去过的深海热泉，而你成为第一个到达那里的人类时，这就像去了火星一样，对吗？”

PS：您会在哪些地方寻找这些嗜热微生物呢？

AS：我曾在世界各地的陆地温泉中工作过。我上次在新西兰，但我们也去过冰岛和黄石公园。

我曾在大西洋中脊的深海热泉区工作过，也曾在墨西哥海岸的科尔特斯海工作过。那里的深海热泉区环境非常美丽。

我去过西太平洋，也去过哥斯达黎加海岸。去过很多不同的地方。我旅行太多了。

PS：有没有你最喜欢的地方？

四月份，我们将前往汤加海岸附近的斐济地区，这是一处深海喷口区，也是世界上地震活动最频繁的地区之一。在这个非常短的 250 公里区域内，我们发现了一些非常不同的喷口，从北到南，我们发现了截然不同的微生物。

我是发现这些喷口的科研人员之一。当你发现一个从未有人见过或去过的深海喷口，而你是第一个到达那里的人类时，这就像去火星一样，对吧？所以，对我来说，那个地方真的很有趣。

事实上，另一个我喜欢的地方是黄石公园。我爱黄石公园。它是嗜热微生物最有趣和最多样化的地方之一，因为这里的化学性质、温度和 pH 值差异巨大。

2014 年 12 月 8 日更正：本问答的先前版本称，嗜热微生物已被用来从尼日利亚的矿山尾矿中提取更多矿物。虽然确实存在这种做法，但 Reysenbach 并没有说它特别发生在尼日利亚；我听错了。此外，本问答先前称汤加位于斐济。汤加靠近斐济。我很遗憾这些错误。-FD