生命一定有辦法

不久前，一班科學家在南極冰層鑽洞，放下攝錄機拍攝冰層底下的情況；此處其實是一個湖，一個被冰川覆蓋的湖，冰層厚 600 英尺，離海洋 20 公里，科學家從沒料到會看見任何生物，至少是肉眼能見的生物。怎知，一隻橙紅色的蝦忽然出現，在鏡頭前游弋了一分鐘之久。冰層下沒有生命這個想當然的假設，被一隻蝦徹底打破，而那隻蝦亦頓時成為世上最著名的蝦。

人類的其中一個「陋習」，就是經常低估生命，我們認為環境惡劣，便以為所有生物都覺得環境惡劣。英語有云，Life always finds a way，生命一定有辦法。我們的地獄，是其他動物的天堂也說不定，好壞優劣，全是人類自我中心的流露。

有氧氣才有生命，對嗎？事實上，不少單細胞生物能在沒有氧氣的環境生存。

較高等的多細胞生物又怎樣？有氧氣才有高等生命，對嗎？某些多細胞生物能夠在無氧狀態下生存一段時間，但終生不需氧氣的，未見過。

應該是幾星期前還未見過，今年 4 月 6 日的 BMC Biology（一份容許公眾免費審閱的學術刊物）公開了一種能夠永久活在無氧環境下的多細胞生物，對科學界而言，這是重大發現。此前，科學家一直以為有氧氣才有多細胞生物，這個想當然的假設被一群身長不及一毫米的「鎧甲類」（Loricifera，左圖）打破。

鎧甲類是動物中的一「門」（phylum）。舉一個比較易明的例子，平時我們說貓「科」動物，把所有似貓的動物涵蓋在一「科」（family）之下。貓和狗顯然屬於不同「科」，但牠們同屬哺乳「綱」（class）。哺乳類和魚類屬於不同「綱」，但同屬脊索動物「門」。門、綱、科 -- 生物分類就是這樣層層遞進，每層都有一個名字，實際上不只三層，這裡只為帶出「門」的意義。我們最熟悉的一「門」固然是脊索動物門，最討厭的蟑螂和蒼蠅、最愛吃的蝦和蟹皆屬於節肢動物門（Arthropoda），肚子裡的蛔蟲則屬線蟲動物門（Nematoda），剛剛發現不用氧氣的屬於鎧甲動物門。

牠們在哪裡被發現呢？地球哪處「缺氧」？地中海的海底有些盆地（basin），由於海床的化學成分，令盆地內的海水超鹹，亦即超重，密度達 1.23 g/cm³（一般海水的密度是 1.02 g/cm³），故盆地的海水很難與上面的海水混和，遂缺氧。

假設你是希臘人，想逃離祖國的債務危機，可以乘船向南橫過地中海，投向對岸利比亞狂人卡達菲的懷抱，怎知航程行了一半，船隻入水下沉，姑勿論你的死活，船隻葬身的海床很可能就是那些缺氧盆地，船上廁所內的細菌即使敵得過強大的水壓和超高的鹽分，也未必挨得過缺氧的一關，大部分生命都會畫上句號。

（主要海底盆地位置，Source: Ref. 2）

一班意大利的科學家到這裡打撈（準確點說，是上圖 Atalante 盆地），當然不是打撈沉船，而是打撈海床的泥，看看有何發現。他們把海泥帶回實驗室分析，竟然發現三門動物，全是上面提過的：節肢、線蟲、鎧甲。不過，顯微鏡下的全是屍體，怎分辨「土生土長」還是海洋上層死掉後「從天而降」呢？

科學家利用一些只會依附在蛋白質的顏料，嘗試把屍體染色，動物死後體內的蛋白分解，死了愈久，染色愈淺，他們發現，前二者的顏色非常淺，與鎧甲類的鮮艷（左圖）成強烈對比。然而，缺氧環境下，屍體和蛋白可能保存較長時日不足為奇，作為「土生土長」的證據，這未夠說服力。另一方面，這堆海泥的鎧甲類多得令人吃驚，達每平方米 75-701 隻，是有史以來找到的最高密度，過去 40 年在地中海深處也不過找到兩隻（我沒寫錯，是兩隻）。這班科學家也不是新手，自 1989 年便研究盆地周圍的（有氧）海床，從沒發現任何鎧甲類的蹤影。多方面的線索皆指向「土生土長」，但治學嚴謹的科學家需要更確鑿的證據。

他們再撈一次海泥，今次不是帶回實驗室，而是在船上實地活生生的測試，首先把海泥放到漆黑缺氧的環境，然後注入一些具幅射的氨基酸，看看有否被鎧甲類吸收。氣壓及溫度雖然與海床有異，但細胞沒有爆破的痕迹，鎧甲類亦有吸收那些具幅射的氨基酸，這項證據夠說服力了 -- 鎧甲類的確在缺氧的海床「土生土長」。

另一相關發現，是牠們沒有粒線體（mitochondria），取而代之的是「氫源體」（hydrogenosome，找不到譯名，中譯為我自創）。粒線體可說是細胞的「發電機」，負責拆開葡萄糖釋放能量，是細胞的能量之源，所有耗氧的多細胞生物都有；粒線體依賴氧氣運作 -- 我們需要氧氣，因為粒線體需要氧氣。本文的鎧甲類不需氧氣，一是牠們的粒線體經過改良，不用氧氣也能「發電」，一是牠們有另一類型的「發電機」。至於牠們體內的氫源體是粒線體的改良版，或是全新類型，現在還不清楚。

以上新發現發表後不久，論文預印本網站 arXiv 有另一篇研究，說加勒比海千里達的某個瀝青湖亦發現微生物，湖內只有碳氫氣體、二氧化碳和極少水分，沒有人想過會有任何生命 -- 又一個想當然的假設被一群微生物打破。

或者我也不應揶揄科學家，他們既然到那些「惡劣」環境尋找，表示他們亦懷疑那裡有生命，換句話說，那些「發現」並非完全意料之外，只不過他們常作驚訝之狀，令人覺得每次都是驚世發現。現在知道，有些多細胞生物不需要氧氣，有些單細胞生物甚或不需要水，下一個驚世發現會是什麼？不需要水的多細胞生物？氧和水這些所謂的生命要素原來不是什麼「要素」，唯一真正的「要素」是不是只剩下碳？我認為，找到不是由碳組成的另類生命（可叫作「非碳生命」），才是真正的驚世發現。

（2010 年 4 月 22 日 信報副刊）

其他報道：
07 Apr 2010, Culturing Science
Animals without oxygen and their implications for the evolution of life

07 Apr 2010, New Scientist
Zoologger: The mud creature that lives without oxygen

07 Apr 2010, The Scientific Activist
Anaerobic Animals Discovered on Sea Floor

07 Apr 2010, AK's Rambling Thoughts
Animals Without Oxygen

References:
[1] Roberto Danovaro, et al. (2010), “The First Metazoa Living in Permanently Anoxic Conditions,”BMC Biology 8, 30.

[2] Andrea Sass, et al. (2001), “Microbial Communities in the Chemocline of a Hypersaline Deep-Sea Basin (Urania Basin, Mediterranean Sea),”Applied and Environmental Microbiology 67, 12, 5392–5402.