雪龙号告别南极中山站的时候,杜宁硕士也来到了驾驶室。驾驶室站满了队员,大家都在眺望,两座巨大的冰山生硬地阻隔了雪龙号和中山站,只有南极蔚蓝色的天、雪白的冰山、黝黑的海水和天地交汇处一道白色的弧线,那道弧线就是冰穹,那是杜宁十分向往却又没能到达的地方。
从驾驶室回来后,杜宁就来到实验室,清点自己的“宝贝”——装在一个个特制的圆盒子里面的斑斑点点的东西。他知道,从这一时刻起,他在学术意义上的考察真正结束了。下一步将是西风带,雪龙号将开始与气旋和涌浪的周旋。其实那些“宝贝”他已经清理过无数遍了,那是他从这次考察所能到达的地方搜罗到的所有的样品:极地微生物。其中有一些他已经分离培养成功,而有一些还得继续观察。
杜宁有两个实验室,一个是用于自己分离和接种微生物的无菌实验室,被大家戏称为“小黑屋”;一个是用于储存培养微生物的低温实验室。在南极的日子里,他把许多时间都花在小小的实验室里。他也像一只饥饿的贼鸥,注视着能看到的一切,希望在冰天雪地的南极有所获得。冰上卸货期间,来看热闹的企鹅拉了粪便,有人会说,赶紧叫杜宁;看到海豹排泄,大家也会赶紧叫杜宁。队友的关心让杜宁自己也感到好笑,何时自己跟“脏东西”有这么密切的联系了!
有一个小插曲。2月26日,是中山站建站20周年纪念日,大家齐聚中山站欢庆,贼鸥也来了不少,在大家头顶盘旋。庆祝仪式刚刚结束,杜宁正与队友照相时,偏偏一粒贼鸥屎从空中落下,正中杜宁肩头。大家开玩笑说,看,贼鸥也给你送菌种来了!
来自国家海洋局海洋生物活性物质重点实验室的杜宁,这次考察的主要目的就是采集南极的微生物。在他们看来,极地的寒冷、高盐和强辐射等环境下,存在着一个庞大的低温生态系统,一些细菌、微型植物和微型动物就生存在这个独一无二的环境里。因此,这类微生物存在着一系列适应该生境生存所需的复杂生理和新陈代谢特征,具备着适应寒冷、抗盐和抗辐射的生理特征。
以生存在海冰中的微生物为例,这类微生物不仅要忍受常年的低温(-1℃~-15℃,在冬季最低可达-50℃),而且在海冰季节性反复冻融的过程中,微生物要经受盐度的急剧变化。如在海冰融解的过程中,会形成局部盐度的急剧降低(<10‰),胞外渗透压的突然降低,必然会对微生物的生长和繁殖产生重大的影响;相反,在海水结冰的过程中,盐分被排斥在冰晶之外,形成了盐囊和盐通道,造成其中的盐度急剧上升(>150‰),而生存于盐囊和盐通道中的微生物,必将忍受渗透压的急剧增加。因此,海冰微生物不仅要经受温度的季节性变化,还要经受盐度的季节性变化,盐度变化引起的渗透压胁迫是影响其生长的主要环境因子,因此,生存于海冰中的微生物对盐度应具有广泛的适应性,不仅应是嗜冷—适冷的,还应是嗜盐—适盐的。
在杜宁采集的各类微生物中,最为我们熟悉的是南极冰藻。它是生活在南极极端环境海冰中的一大类微型藻类(简称冰藻),在南极生态系统中占有极其重要的地位,初级生产量大约为每年6.3亿~7.0亿吨碳,是浮游动物、磷虾、鱼类和一些鞘类的直接取食来源。南极冰藻大多为单细胞真核生物,是研究极端环境生物学一种良好的模式生物。冰藻既具有单细胞易于操作的特点,又具有与高等植物相似的细胞结构,因此对其耐盐、抗冻等机理进行研究,找到与冰藻抗逆特性相关的基因,除了可以揭示冰藻抵抗盐度胁迫、耐低温的生理生化机制,还可以为与之亲缘关系较近的高等植物(如农作物和蔬菜)的抗逆性研究提供新的启示和基因准备。同时,南极冰藻还具有开发生物技术产品的潜力。
据杜宁介绍,针对极地微生物的生物化学和天然活性物质研究,是科研界的热点。在生化研究方面,极地微生物所含的各类低温酶不仅具有极高的催化常数(Kcat)值,同时有较低和较稳定的米氏常数(Km)值,其主要特征是具有较低的活化能和低温下的酶活力,有着中温酶所不可比拟的优越性,因此在洗涤业、食品加工、生物制药、环境生物技术等领域有着广阔的应用前景。从极地微生物中筛选蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等工业用酶高产菌株并进行相关的应用研究,具有重要的意义。在天然活性物质研究方面,由于生境的特殊性,极地微生物可能含有迄今尚未发现的新药和新型先导化合物,因此以极地微生物为资源,进行生物活性物质的筛选、新型药物及聚合物的合成具有重要意义。
说到这些的时候,平时沉默的杜宁就显得话多起来。他已经成功分离出了10多株菌种。
雪龙号返航时,我也跟随他一起来到实验室,记录下他注视菌种的镜头。这位年轻的学者习惯于把感情深藏起来,说到告别的伤感,说到一起出生入死的28名队友还留在站上,将孤独面对南极极夜、严冬和暴风雪的考验时,他说,会有最美丽的极光陪伴他们。(田小明)