死海生机

地球上的生命几乎无处不在,只要有液态水,就会有生命的存在。当然,这力所说的生命并不仅仅指人类或哺乳类,这些高等生命大多生活在温度适宜的地方,在极端的条件下是很难存活的。然后低等生命如某些微生物生命力就顽强的多,在许多所谓生命禁区的极端环境里都能找到它们的身影。比如中东的死海,是世界上最低,盐份最高的咸水湖。湖面海拔-430米,含盐浓度为32%,是海水含盐量的近9倍(海水为3.5%),几乎达到饱和状态。在如此高的盐浓度下,人们在水中看不到任何鱼虾和水草等生物,没有任何生命迹象,所以称之为死海。

死海里真的就没有生物存在吗?然而美国和以色列的科学家,就在这种最咸的水中,发现了好几种细菌和一种单细胞海藻,只是肉眼看不见罢了。上个世纪80年代,科学家们发现死海变红,仔细研究才发现是一种红色的盐菌在繁殖,而且数量惊人,每立方厘米竟有盐菌两千亿个!后来又发现一种单细胞的藻类,原来死海里不但有生命,而且生机勃勃。在如此极端的高盐环境里,这些生命是如何存活的呢?

科学家们对盐菌进行了深入的研究发现,通常蛋白质在高盐溶液里会因脱水而失去活性,而盐菌的蛋白却非常特殊,在高盐溶液中不会脱水,功能完好。科学家们运用X射线晶体学原理,找出了这种铁氧化还原蛋白的分子结构。这种特殊蛋白呈咖啡杯状,其“柄”上所含带负电的酸性氨基酸残基,对一端带正电而另一端带负电的极性水分子具有特殊的吸引力。湖水盐浓度虽高达30%,但毕竟还有70%的水。这种蛋白贯穿在细菌的外膜上,能从死海水中夺走水分子,吸进钾离子并把钠离子排出,维持了细胞内环境的正常,使得细菌得以存活。

另外,嗜盐菌的细胞壁也由富含酸性氨基酸的糖蛋白组成,这种细胞壁结构的完整由离子键维持,高钠离子浓度对于其细胞壁蛋白质亚单位之间的结合,保持细胞结构的完整性是必需的。如果把嗜盐菌从高盐环境转到低盐环境后,细胞壁蛋白解聚为蛋白质单体,胞壁不再完整,细胞内外离子浓度平衡打破,细胞吸水膨胀,最终引起胞壁破裂,导致菌体自溶。所以高盐对于嗜盐菌来说,竟成了其生存的必要条件,可见大自然中生命的进化是何等的奇妙。

由于嗜盐菌细胞含类胡萝卜素,使大多数菌落呈红、粉红或橘红色。类胡萝卜素有利于保护它们抵御环境中强烈的阳光照射。有时嗜盐菌与某些藻类造成的污染将海水变成红色。大多数嗜盐菌是异养型的,经好氧途径利用有机物产生能量。当氧含量低时,有些菌株可利用阳光进行光合作用,在它们的细胞膜上形成特殊的斑片状的紫膜(细菌视紫红质)。紫膜具有离子泵的作用,也能起排盐作用。科学家们正设法利用嗜盐菌这种机制,来制造生物能电池和海水淡化装置。

现在,科学家们已确定了这个嗜盐菌铁氧化还原蛋白的氨基酸序列,并在DNA中找到了为这个蛋白编码的基因,称之为耐盐基因。他们正试图把这个基因移植到不耐盐的细菌体内,就可使不耐盐细菌获得耐盐性而能在极端高盐的环境中生长。如果工艺成熟,则可应用到高盐的工业废水处理,对于生态和环保都有着重要的意义和广阔的发展前景。

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