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生命不能承受之重

已有 3934 次阅读 2008-11-16 10:58 |系统分类:科研笔记

                   

这是一篇关于高压研究的博文。

                 

高压力尤其是超过100MPa1000个大气压)的超高压力可能导致细胞破碎以及生物大分子的结构破坏和功能丧失,其最终结果就是将生命结束掉。现在在食品加工领域,就有用超高压的办法来实现饮品和食品的灭菌、加工和储运。曾听过吉林大学刘均松老师的一个报告,说310MPa静水压长时间(1至数小时)作用下,鸡法氏囊病病毒会完全灭活,但其免疫原性几乎毫无变化。这是一个很有意思的结果。

                   

是不是这个压力或更高的压力下,所有生物都不能生存了呢?答案是否定的。2002年,美国Carnegie研究院地球物理实验室的A.Sharma等结合他们实验室独特的高压研究特色,将两种细菌,大肠杆菌(Esherichia coli)Shwanella oneidensis,置于金刚石砧室(diamond anvil cells)中,然后加压至681680MPa压力。通过释压后的存活实验,以及用X-Ray实时原位检测这两种细菌对甲酸的代谢情况,他们发现超过1000MPa1万大气压)的压力下Esherichia coliShwanella oneidensis仍然能存活。这个压力相当于地壳下30公里处或一个假想的海面下100公里处的压力。实验还显示这些细菌也能在一种高压冰下生存。虽然S. oneidensis 与在现实高压环境下发现的几种细菌(属极端生命)有亲缘关系,但E. coli却与它们没有关系,表明常温常压生命对高压极端环境有很强的适应能力,从侧面证明了最早的生命可能来自高压环境,同时也展示了生命的柔性和韧性。这篇文章发表在ScienceScience,2002,295:1514。在该文的最后,Sharma和同事们说,虽然地球上的生命也许不能在这样高的压力下生存,但在其它行星或卫星上的高压可能对生命并不是一个重要的障碍,木卫二、木卫三和木卫四等卫星上的深水及冰层中,以及火星的极地冰盖下的超高压都不一定能阻碍细菌在那里的生长,不排除在太阳系其它星球上存在生命的可能

             

还有一个很有意思的实验是由英国Kent大学的Mark Burchel完成的。目前学术界一种观点认为地球生命来自地球外,宇宙其它星球上的生命以陨石或彗星为载体,通过撞击事件来到地球,并繁衍生息演化形成了今天地球上生物多样性极大丰富的绿色生态,这也被称之为地球生命起源的“宇宙胚种论panspermia。但这一假说存在一个问题,那就是撞击事件产生的高温和冲击波足以灭绝任何形式的生物,地外生命能够逃过这一劫吗?为了检验这个疑问,Burchel将大肠杆菌装在一个类似于子弹的飞片(fly plate)内,然后用气枪将飞片加速并与靶发生撞击,来模拟陨石撞击过程对生物存活的影响,结果发现在撞击产生30GPa1GPa=1000MPa=104大气压)瞬间动压力的情况下,仍有微量细菌能够存活Monthly Notices of the Royal Astronomy Society,2004, 352:1273

                   

虽然这种飞片撞击与大多数大规模陨石撞地球事件无法相提并论,但不可否认很多小量级的陨石撞击也大体就是如此破坏力了。所以Burchel的实验还是有一定说服力的。

                 

细菌经历如此大的灾难还能存活,可见,相对于高等生物的脆弱,一些低等生物的生命是非常顽强的。就像《生命不能承受之轻》中所描述的那样,无论多沉重的负担,当它成为过去之时,我们都能轻松应对。

   



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