神奇的嗜極生物(Extremophiles)1-6-2013

 

 

神奇的嗜極生物(Extremophiles)1-6-2013

    1969 年，美國微生物學家湯瑪士‧布洛克（Thomas D. Brock）以及海德森‧弗力茲（Hudson Freeze）從美國黃石公園的溫泉中，發現一種能生長在攝氏70度左右高溫的細菌，命名為Thermus aquaticus，此一發現，推翻了當時生化學家根深蒂固認為─蛋白質於超過60℃就會變性(Denature)，因此生命無法在高溫下存活的觀念。消息經媒體披露後，跌破了許多專家的眼鏡！
※Thermus aquaticus嗜極細菌中的酵素，因為能耐高溫而仍具有功能，由其菌內分離出之 DNA 聚合脢 (Taq DNA 聚合脢) 非常適合在高溫下(例如72℃)進行合成。反覆的95℃高溫下，亦不易破壞此酵素，如此才使得聚合酶連鎖反應(Polymerase Chain Reaction)技術大為普及，能簡易而大量的複製DNA片段。

圖1.能耐70℃高溫的Thermus aquaticus ，發現於美國黃石公園的溫泉中。

圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Thermus_aquaticus

    從此生命科學專有名詞中又多了一項：嗜極生物(Extremophiles)。

圖2. February 7 , 2008美國國家太空總署(NASA)的一組科學家又在南極Untersee湖的古老冰層中找到另一種嗜極生物(Extremophiles)。

圖片來源：http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2008/07feb_cloroxlake/

    有些分類專家將所有生物分成三個領域(Domains)，而許多嗜極生物是屬於古菌領域(Archaea Domain)，三個領域生物的主要差異如下表：

特徵	領域(Domains)
	真細菌(Bacteria)	古細菌(Archaea)	真核生物(Eukarya)
核膜	無	無	有
膜狀胞器 (如高基氏體等)	無	無	有
細胞壁是否具有 胜肽聚糖	有	無	無
細胞膜上的磷脂	不分枝	有些分枝	不分枝
RNA聚合酶	僅一種	一種以上	一種以上
蛋白質合成(轉譯)的起始胺基酸	醛基甲硫胺酸(Formyl-methionin)	甲硫胺酸(Methionine)	甲硫胺酸(Methionine)
對抗生素敏感度	受抗生素抑制	不受抗生素抑制	不受抗生素抑制

　多數古細菌都棲息在地球上極端的環境裡，古細菌又分三類：

1.  甲烷菌(Methanogens)

2.  極嗜鹽菌(Halophiles)

3.  極嗜熱菌(Thermophiles)

 

圖3. 生物的演化樹。

圖片來源：http://www.davidmoore.org.uk/Assets/Deciphering%20Fungal%20Morphogenesis/chapters/chapter1.html

    本文僅僅介紹一種嗜極生物，一種非常非常神奇的古細菌：

　　故事的起頭是1998～1999年之間，美國國家太空總署(NASA)於南極的冰層中，發現了一種嗜極生物！

    各為網友一定有個疑問，太空總署不是專門探討神祕的太空嗎？為什麼到南極冰層去做發現古菌的實驗呢？

圖4. 美國國家太空總署（NASA）在南極洲VOSTOK湖冰層中發現的古菌！

圖片來源：http://earthsci.org/education/Lake_Vostok/vostok.html

 

圖5. 美國國家太空總署(NASA)在南極洲鑽探到深冰層，於Vostok Lake採集到嗜極生物的標本。

圖片來源：

http://www.mentalfloss.com/blogs/archives/40248　　　　

美國國家太空總署在南極探勘的主要原因：是因為他們的天文生物學家長期以來認為，木星（Jupitor）的衛星，直徑3136公里的歐羅巴衛星(Europa)很可能存在著生命形式，因為在它相當厚的冰層之下有一個巨大的海洋，裏面或許存活著地球外生命。

　　  雖然目前美國國家太空總署（NASA）全力的致力於火星的探索，但是並沒有忘記對木星的冰封衛星—歐羅巴的關注，NASA計劃於2021年向歐羅巴發射探測器。

　NASA擬定了一項稱為“快帆”探測器的計劃，該探測器將環繞歐羅巴飛行，研究它的冰層以及冰層下的海洋。這架耗資20億美元的無人探測器，預計於2021年發射，作為未來的登陸器做先前的探測工作。

　　天文生物學家認為，在歐羅巴(Europa)厚達100公里的冰層之下，隱藏著一片巨大的海洋。這個巨大的海洋的海床上，很可能具有1977年發現於太平洋中洋脊附近的深海熱泉生態系(Hydrothermal Vent  Ecosystem)，理由如下：

歐羅巴(Europa)是很靠近木星(Jupiter)的衛星，而木星的直徑約是地球的11倍(木星直徑142,984 km；地球直徑12,756 km)，因此能產生很強大的引力，然後會在歐羅巴衛星形成潮汐作用。就好比月球影響了地球海洋的潮汐一般，差別是月球(月球直徑3,476km)產生的引力比起木星小得太多了，所以木星對歐羅巴衛星產生的潮汐作用，大到能使歐羅巴衛星核心岩石溶解形成岩漿。     木星的引力能引起強大的潮汐作用証據在於，離木星最近的一顆大型衛星埃歐(Io)也是因為受到木星潮汐作用的影響，不只核心形成了岩漿，還在Io衛星表面引起火山爆發，火山爆發的規模之大，在離Io一百公里外的太空都能偵測到火山灰。     天文學家認為Io是太陽系火山活動最猛烈的星球，原因就是木星提供的能量。     很可能在歐羅巴衛星岩漿與冰層交界處，冰融化而成海洋，而且說不定是個生氣蓬勃充滿生命的海洋呢！

 

圖6. 木星的衛星─歐羅巴(Europa)。

圖片來源： http://www.wolaver.org/space/Europa.html

木星的歐羅巴(Europa)衛星是天文生物學家認為太陽系除了地球以外，最可能存在生命的星球，所以美國國家太空總署(NASA)才會在與歐羅巴(Europa)環境相近似的南極冰層中尋找嗜極生物。