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找尋深海基因資源
2019-04-09    來源: 《大學生》雜志  

胡順利

南京農業大學生命科學學院

2017級博士研究生

研究方向是環境微生物

2018年11月7日,由自然資源部批準、中國大洋事務管理局組織、“大洋一號”船執行的中國大洋48航次科考,圓滿完成在西北太平洋的深海資源和環境綜合調查以及“海龍”系列無人纜控潛水器(ROV)系統的試驗與應用任務,返航青島。我有幸代表南京農業大學參與了這次國家級重大科考任務的全部航程,是部分參與了100天全部航程的隊員之一。

這次科考聚焦西北太平洋,該海域是中國的富鈷結殼資源勘探合同區,也是國際海底區域資源勘查的熱點區域。這航次的主要任務是在西北太平洋海山區開展資源環境綜合性調查工作,履行中國富鈷結殼勘探合同。同時,也進行了深海生態環境調查、裝備試驗性應用,以及對鳥類、海洋哺乳動物的觀測工作。

在攻讀博士期間,我師從南京農業大學生命科學學院院長蔣建東教授,跟隨他一同從事環境微生物學領域的研究。南農環境微生物課題組能夠入選出海科考工作,得益于科研優勢及此前老科學家們的科研基礎。

2018年7月31日上午,隨著嘹亮的汽笛聲響起,“大洋一號”在眾人的期待中緩緩駛離碼頭,開啟了西北太平洋海域的探秘之旅。這一刻,第一次參與這么重要海洋科考任務的我,已經顧不上去思考三個月的航行將會遇到什么,充滿內心的只是難以平復的激動。

2018年8月12日,在成功突圍幾大臺風后,“大洋一號”順利抵達西北太平洋海山區開始科考工作。海洋科考都做些什么呢?

我們每天要做的最簡單最日常的工作就是取樣。利用箱式采樣器采集海底沉積物,用CTD(在海洋科考里,它是特指一種用于探測海水溫度、鹽度、深度等信息的探測儀器)采集水體數據。采集樣品的范圍從海平面到海底4000~5000米。

通過專業采樣器采集樣品,這一過程聽起來容易,操作起來卻相當不易。即使順利的話,采一次樣也需要五六個小時。但是,海上陰晴不定,惡劣極端的自然天氣常常成為影響航行作業狀況的一大障礙。記得有次早上我們在護甲板欄要下放“箱式”采集器時,海面忽然掀起了高達三四米的海浪,航行穩定性受到極大沖擊。這時候,我和同組隊員只好互相攙扶,靠抓住護欄繼續進行艱難的取樣工作,在保證安全的基礎上充分利用在船上的時間,高質高效完成任務。

現在想來,最幸運的是,這次航程中沒有遇到嚴重的破壞性臺風。

采集到樣品有什么意義,能做怎樣的研究,又有什么作用呢?

海洋作為地球上最大的生物棲息地,深海微生物在深海的極端環境下生存,形成了特殊的生物結構、基因類型、生理機制及代謝產物,具有重要的科研價值和經濟價值。因此,深海微生物資源是世界各國競爭最激烈的領域之一。

首先,深海微生物能夠產生生理活性獨特、結構新穎的次級代謝產物,因此,從深海微生物次級代謝產物中尋覓分子靶向先導化合物是抗菌、抗腫瘤、抗病毒藥物研究領域的一個重要方向。

其次,深海的高度自凈能力提示深海微生物具有能夠分解石油及其他有機污染物的能力。有研究說,海洋黃桿菌在生長時能產生大量的類似于表面活性劑的物質,此物質對熱和堿穩定,不溶于水,能使油滴分散變小,進而轉變為可溶性物質,能適用于海上原油污染的清除。

另外,冷泉微生物能直接以甲烷作為電子供體還原硫酸鹽,生成金屬硫化物沉淀,從而將硫元素和金屬從制藥和金屬工業廢水中分離回收。

海洋微生物有太多可探索的方向。這次科考我所在的生化組主要是對我們采集的海水及沉積物樣品進行生物和化學方向的研究,而我主要的研究內容就是“找到更多未被發現但極具研究價值的微生物及基因資源”。此行所帶回的珍稀樣品在環境修復方面功能顯著,為今后的科研工作提供了更加豐富的樣本。

目前對于海洋微生物的自凈能力研究主要集中在石油污染方面,我的研究重點是要挖掘更多的有機污染物降解功能微生物及基因資源,包括對一些人工合成有機污染物降解方面的研究,比如一些工業污染物及農藥等,促進生態環境的修復。

深海微生物資源是重要的生物資源。今后,我們要進一步開發更先進的取樣方法和培養條件,輔以現代生物技術,加大對深海微生物的研究力度,以期得到更多的新奇特物質,為人類造福。

此次航程約6700海里,歷時共100天,以前后50天航段為界,中途返回浙江舟山進行人員和物資的補給。

這段緊張而充實的別樣“旅行”,對我而言是一筆寶貴的人生財富。取樣時的困難、海風海浪的突襲、漫長工作戰線的倦意等海上科考的壓力旋渦曾一度使我想要放棄,但“穿越地平線”的渴望一直是支撐我堅持下來的精神力量。

海洋資源隱藏著巨大的研究潛力和利用價值,但必須建立在人與海洋和諧共生的基礎之上。善待海洋,合理開發海洋資源,才是我們“向海洋進軍”的正確方向。

文/南京農業大學 胡順利 湯璟瑤

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