自然界中存在着许多极端环境，如冰川、火山口、深海等，这些地方不适合人和其他动植物的生存，但是却有大量微生物的存在，科学家们在冰川、火山、深海等极端环境中陆续发现了新的生命形式，一些独具基因类型的极端微生物在这些“生命禁区”中繁衍生息。听郑世学老师为我们介绍极端环境微生物。


首先我们介绍极端环境微生物的概貌，我们的皮肤可以忍耐的温度大约是多少度呢？47℃。50℃以上，溶氧、水分等就无法满足动植物的生命需求。超过65℃皮肤就会烫伤。但是在沸腾的热泉中，却有很多微生物正常的存在。

生活中我们用盐作腌渍食品防止食品的腐败，但是在盐场，却可以看到，整个盐场都被微生物染成红色。

极端环境微生物是最适合生活在极端环境中的微生物的总称，这些极端环境包括嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜盐、嗜碱、嗜压、抗辐射和极端厌氧等多种环境。有的可以适应多重环境如酸热。极端环境微生物是地球留给人类独特的生物资源，也是极其珍贵的科研素材。如火星探测器的任务之一就是证明在火星上有没有这类极端环境微生物的存在。

目前，已经发现的支持极端环境微生物生长的高温极限为122℃。122℃超过了我们平时高压蒸汽灭菌的条件121℃，保持生物活性的低温界限通常为-18℃，否则细胞内就会形成冰晶并丧失功能。但在-50℃环境中，仍能发现生命的迹象。人的胃液pH值为2-3，一般的菌难以生存，但有的微生物可以在（最高）pH11、最低pH0的环境中生存。在深海，压强达到130MPa，也就是13000米水深，仍然有大量微生物。新的纪录还将不断诞生。这些突破生命禁区的生物通常是具有特殊细胞结构和代谢能力的极端古菌。

那这些极端环境微生物他们的生存机理是什么呢？是什么神秘的东西支持着它们的生命？

嗜热古菌之所以耐高温，在于它具有特殊的细胞膜结构、热稳定的蛋白质组及受保护的基因组。同时其生活方式多为化能自养，通过摄取无机物等简单物质就可以产生能量。

而嗜冷古菌耐低温的原因则是细胞内具有防冻剂这类功能的物质，使细胞内容物不受损伤。

对于嗜盐的古菌，具有迄今为止最为简单的将光能转化成化学能的光合系统，这些能量用于排出细胞内的钠离子同时泵入钾离子，细胞内就会积累浓度高的钾离子来对抗外界高渗环境，同时胞内蛋白已全面适应高钾环境，因此在饱和盐浓度下仍然具备鲜活的生命力。

此外，有的细菌对电离辐射、紫外线具有很强的抵抗能力，其抗辐射的剂量是人的2000倍。如抗辐射球菌，具有高效修复受损的DNA的能力，其产生的某些特殊物质如色素，可有效清除活性氧自由基。

大量的极端环境微生物等待我们去培养，去研究其机理。既是对生命的全新的认知，也是开发应用的前提。我们用一株产甲烷古菌的研究实例来进行阐释。

甲烷既是天然气等能源物质，也是温室气体的重要来源，极为重要。海底的可燃冰的主要成分也是甲烷，可燃冰可供人类用至少500年，只是现在的开采技术还不足以开采，传统研究认为，甲烷由极端厌氧古菌利用二氧化碳、甲基胺、醋酸盐等简单无机物合成。

一种新的古菌甲热球菌属的分离培养及其代谢机制的研究打破了这一传统认知，并首次阐明煤矿中的瓦斯也就是甲烷是如何产生的。该菌于2007年首先由中国科学家分离培养并命名，2016年，日本科学家Yoichi Kamagata等在《Science》上发表文章，阐释了一条新的甲烷合成路径，即甲热球菌利用甲氧基化合物合成甲烷。这一成果对甲烷的产生及利用提供了新的依据。

那么极端环境微生物，与我们的生活有什么关系呢？

很多人认为食品放入冰箱就安全了，但其实不是，嗜冷微生物在冰箱里面仍然可以正常生存，普通微生物也只是生长变得缓慢而已，因此，食品放入冰箱时间长了，照样会腐败变质。相反，由于嗜热微生物的存在，灭菌和消毒可能出现不彻底的现象，因此在生活中应该尽量避免它的发生。

但能够培养的极端环境微生物，总体上还十分稀缺，依旧披着神秘的面纱。但也有已经形成产业的，如高温DNA聚合酶的使用，全球年产值达数亿美元。高温酶和低温酶在生物催化、洗涤等行业都有着广阔的前景。

极端厌氧产甲烷古菌还是地球上唯一可生物合成甲烷的生命形式，广泛分布于各种厌氧环境中，在沼气发酵、有机废弃物、废水厌氧降解产甲烷过程中都起到关键作用；也是海底可燃冰的制造者，

同样，其他一些极端微生物也有巨大的应用潜力。例如，利用嗜酸耐热菌进行生物冶金，可将贫矿和尾矿中金属溶出并回收；嗜盐碱菌及其功能基因可用于盐碱地的修复；抗辐射微生物用于核污染环境治理等。