太空生物学的研究模型极度嗜盐菌微生物学系.docVIP

極端嗜鹽生物是研究太空生物學的模型 應該將主要參考文獻列於文末 March 2006 Feature “Extreme Halophiles Are Models for Astrobiology” 本文是直接的翻譯，雖然直譯，基本上尚屬通順 怎麼連學號都不對！ 因嗜鹽生物對極端的鹽分、輻射和溫度方面的耐性，使得它們可以存活在於宇宙其他處所。 藉由研究地球上可在極端環境生活的生物，也許可以幫助我們尋找宇宙中其它存在的生命。生活在高鹽環境中的物種是人們最愛使用於研究地球外生命的模型。已經有六個極端嗜鹽菌的基因組並分解析了，這些序列與後基因組研究使我們可以去理解「他是採取何種策略去存活在被認為不適合生存的環境當中」。 對於所有的生物而言，水分是其生存的必要條件。然而在地球、火星及太空中的乾燥地帶，蒸散力造成水分的消散。地球上的鹽水湖，水分的蒸散使得其鹽濃度更濃縮了，此會造成其內所有生物個體滲透壓的增加。所以，在自然及人工的太陽鹽田中，常可見到硫酸鈣(石膏)和氯化鈉(石鹽)從海水中沉澱出來，而大部分的鉀鹽及鎂鹽則留在水溶液中的現象。在這個過程中，起初有密集的微生物光合墊的形成，但是到了後期這個現象就漸漸衰減，最後，只有一些極端的嗜鹽細菌及嗜鹽古細菌可留在湖水中（圖一）。其氯化鈉的飽和點(5.3 M)約為海水鹽濃度的9倍，並且紀錄了被培養的生物其抵抗鹽濃度的上限。 高鹽環境及嗜鹽生物的多樣性 美國猶他州（Utah）的大鹽湖Middle East）的死海（Dead Sea）是目前研究高鹽環境兩個最大最好的地區，大鹽湖的面積約3900平方公里，深度約只有10米深，為一個雖大但淺的湖，其鹽成份的比例與海水中的類似；死海的面積約800平方公里，平均深度為340公尺，但不同於海水組成成分，死海中含有高濃度的二價鎂離子，而這兩大片水域所含的鹽分都接近飽和。 因極端嗜鹽菌能在這些極端的環境中旺盛生長，才使得從太空中所看見的大鹽湖呈現深紅色（圖二A）。Halobacterium sp. NCR-1是一種非常類似於大鹽湖中優勢菌種的菌，它也是第一個被定序的嗜鹽菌，而另外兩株在死海中發現的古細菌Haloarcula marismortui 和 Haloferax volcanii，其基因序列也已定出。 在寒冷的南極洲乾燥區也有發現一些高鹽蒸散湖，包括Deep Lake、Organic Lake及Lake Suribati。因Deep Lake內的鹽濃度近乎飽和，所以即使是溫度只有攝氏-20度，其湖面也不會結冰。而在Deep Lake中分離岀的嗜冷菌 Halorubrum lacusprofundi，其基因組也正在被定序中。肯亞（Kenya）的馬加迪湖（Lake Magadi）、埃及（Egypt）瓦迪納特倫（Wadi Natrun）內的湖和美國西岸的大盆地內的湖（就像美國加州的莫諾湖（Mono Lake））都是天然的鹽鹼湖。由於二價的鎂和鈣離子在高pH值時，其溶解度低，所以鹽鹼湖中通常缺乏二價的鎂及鈣離子。有些嗜鹽鹼的菌像是Natronomonas pharaonis，因為可以容忍這兩種極端的環境，所以就可以在這些鹽鹼湖中生長。在很多小型的蒸散湖或者在沿海地區附近的支流裡也常發現這些嗜鹽的微生物。因為較小的高鹽池反而更能提供一個動態的環境反應季節的變化，例如，在不同的季節裡，池的大小和其內的鹽度及溫度可能會有所不同。 高鹽的環境也可在與海面下鹽丘連結的深海流域裡或從蒸發的古海洋的岩鹽礦床內發現。而因為深海流域具有較高的密度，相對於岩鹽礦床而言就會較穩定。這些環境可以在紅海（Red sea）、墨西哥灣（the Gulf of Mexico）和地中海（Mediterranean Sea）中發現—而且也可能發生在木星衛星歐羅巴（Europa）的冰層下。在地球上，非常多的微生物活動是與這些高鹽度的流域深海有關。這些地表下的鹽沉澱中甚至包含了一些超過一千萬年歷史的細菌和古細菌的DNA 以及一些可培養的微生物。儘管對於找到的這些種類是不是真的很古老尚存有很多疑問，但它們的確類似於現有的嗜鹽生物，這樣的發現更加強了「嗜鹽生物的模型將會幫助我們更加了解其生命的基本限制」的觀點。 嗜鹽菌特殊的基因體學及蛋白質體學 在高鹽環境生長且廣泛被提起的嗜鹽菌代表菌株Halobacterium sp. NRC-1，其基因序列在2000年時已可被人們有效的利用。在那之後，兩種嗜鹽古菌Haloarcula marismortui及Natronomonas pharaonis及細菌Salinibacter ruber的全部序列已被發布，而另外兩種嗜鹽古菌株Haloferax volcanii 與Halorubrum lacusprofundi的基因序列也被確立。 這些