Our Narratives

Click here to edit subtitle

 

令人兴奋的孢子植物新发现 -
采访帕特里克·荣格(Patrick Jung)博士

作者: 艾德琳, 翻译:刘慎方, August 14, 2020

位于安第斯山脉和太平洋之间的阿塔卡马沙漠是地球上最干燥的土地。干旱的沙漠天气使得许多生物无法生存。由于极端的天气和贫瘠的外观,人们经常将这片土地与火星比较,美国宇航局(NASA)甚至选择了这个地方作为火星探险模拟的地点。

Atacama Desert, Chile

Courtesy: Dr. Patrick Jung

然而,在这种寸草不生的环境中,某些微生物仍然会繁衍生息,并且可能成为增强人类适应性,尤其在恶劣环境中如何生存的关键。 Dr. Patrick Jung(荣格博士) 是位专攻孢子植物的博士后研究员,他花了多年时间研究这些微小的幸存者。他不仅研究定居在沙粒表面的生物,而这项研究还使他发现了覆盖这一沙漠的全新生物群落。我们很高兴分享他将在未来几周内发布他的研究结果。

除了在阿塔卡马沙漠中的新发现外,荣格博士还在荷兰的一个小岛上发现了一种新的蓝细菌,其生命周期复杂。荣格博士将其命名为“响尾蛇”。


我们很荣幸能够在荣格博士忙碌的日程中対他进行采访。并希望他以下的详细解释,可以为这些微小但非常重要的微生物提供一些新的讯息。

Cacti covered with lichens, Courtesy: Dr. Patrick Jung

问:你现为德国的博士后植物学家,非常令人钦佩。请与我们分享你的研究领域,以及你为什么会选择这个领域?

答:我是位从事孢子植物研究的博士后研究员。孢子植物在希腊的原文泛指具有“隐性婚姻”的“植物”。各种绿色微生物,例如藻类,真菌,苔藓甚至蕨类植物共生的地衣都属于孢子植物。我正在专注于研究微藻类,主要研究生长在地球上最极端环境(例如智利的阿塔卡马沙漠(Atacama Desert))的绿藻,蓝菌门(又称蓝绿藻)和地衣。我从小就对植物和生物学很有兴趣,所以认识我的人都知道我长大很可能会成为植物学家或者从事与其相关的行业。我在德国的一个乡村中长大,这个小村庄里只有不到350名居民,周围都是纯净的自然环境,那里到处都是可供研究的植物。在学校的最后几年,我开始爱上西番莲和其他植物,于是决定学习生物学,以便从根本上真正理解它们。在大学的美好时光里,我遇到了一位教授,他对大自然非常的理解,从那时起,即使我不知道他在说什么,我知道我必须从事这方面的研究。当谈到我的硕士论文研究主题时,我问他是否有一个项目我可以参与,他指点我硏究蓝绿藻,从那时起,我从这位大师那里学到了很多该领域的知识。几个月后,他注意到我有超越他人的研究热诚,于是他为我提供了一个博士研究项目,这是也我梦想的开始。我们一起去了智利的阿塔卡马沙漠,除了从事许多科学研究之外,我们还发现了一种全新的生物群落类型。现在那位教授已经退休了,但是我们仍然经常联系,因为我们的故事还未结束。

Enrichment culture surrounded by isolates

Courtesy: Dr. Patrick Jung

问:请为我们提供你的研究路线图从DNA分析开始。

答:我研究的重点之一是蓝细菌的分类法。这些生物已经进化出我们今天所知的光合作用,它们负责我们大气中的氧气,这使它们成为征服几乎地球上的每个栖息地的重要生物。你会发现它们以有毒的藻华形式存在于湖泊,海洋,沙漠土壤,南极洲,房屋墙壁,树皮,石头底部和表面,玻璃等人造表面以及土壤表面以下600m处。它们只须稍微改变它们的光合作用机制就能存活。在我的一项研究中,我研究了生长在石头底下的生物膜。这个生物膜是由绿色微生物聚集在半透明的石头(如石英)底部而成。我收集了这些石头,并刮掉了一些生物膜。回到实验室后,我将生物膜转移到有特定培养基的培养皿以促进特定微生物群(如蓝细菌)的生长。这些含有藻类的培养皿会在光源充足且温度保持在17°C的培养室生长以利藻类行光合作用和抑制真菌污染的机率。大约六周后,我会用双目立体显微镜观察培养皿,正常情况下会看到各种不同形状的绿色斑点以及从绿色到蓝色的阴影。我会用针挑出单独的菌落并将各菌落转移到新的琼脂平板上,让这个菌落再次生长数周。重复此过程,直到一个琼脂平板仅包含一种藻类(称为分离株),在某些情况下可能需要长达一年的时间才能完成。等到成功繁殖分离株,我会使用多年来开发的程序来提取每种分离株的DNA并用特定分子技术将其扩增。然后,外包公司会为我提供该特定基因区域的DNA代码,我会依据DNA代码对扩增的DNA区域进行测序。其中包括我们需要将其与数据库进行比较,以便缩小隔离群的范围,才好进行物种辨别。辨别完成后,大量的生物信息研究会与微观研究和文献研究相结合。最后,你可能会从分离出的物种中找到一些线索,并将这些线索与原始环境中的生态数据结合起来,来识别其属性。这个分离出来的物种会通过菌种集的方式提供给公众,以便其他研究人员使用。从北极或沙漠收集到并经过分离的物种,可以被视为真正的幸存者,因为它必须具有超强的适应性才能在冰冷或竞争激烈的环境中以很少的水生存下来。也许它会产生一种毒素,有一天可以用作药物,或者它会产生可以消化塑料的酶。我们目前不知道,但这种生物已经从恶劣环境的石头底部被分离出来,并将提供给其他研究员。 


问:你的研究是否参与了实地研究?如果是,你的研究覆盖了哪些地理位置?

答:我已经研究了位于北极的挪威属地,斯瓦尔巴群岛的最大岛-斯匹次卑尔根岛(Spitsbergen),南极洲,欧洲阿的尔卑斯山,荷兰的沙滩以及智利等地区的土壤样品,但主要关注的焦点是智利阿塔卡马沙漠的沿海地区。详细地说,我在潘德阿祖卡国家公园(National Park Pan de Azúcar)内工作,这是一个非常有趣的地区,也向游客开放。我与国家公园的护林员保持着良好的联系,我们相信这项研究将会持续的进行。

Cyanocohniella crotaloides

Courtesy: Dr. Patrick Jung

问:你发现了一个新的蓝藻属物种。这非常令人兴奋。请与我们分享你是如何发现它,以及其重要性。为什么将其命名为”响尾蛇”?

答:几年前,我受邀去荷兰的一个小岛游览,我从海滩地区采集了一些样品,该海滩地区以绿色微生物而闻名。回到实验室后,我分离出了一种看起来很奇怪的蓝细菌物种。每当我将其放在琼脂平板上,过了几天后,它会演变成几种不同形态的物种。我一遍又一遍地重复,意识到它是同一物种。其中的奥秘在于它具有复杂的生命周期,不同的生命形态,反映出不同的生命阶段,这些形态看起来与其他蓝细菌物种非常的相似。复杂的生命周期在某些蓝细菌中是众所接知的,但很少有一个物种在不同的生命周期能够模仿其他物种。这是非常有趣的且是一个很好的未来研究项目。该物种还产生黄色的静止细胞而不是绿色-蓝色,而且这些细胞是并排的,让我联想到响尾蛇。这就是为什么它被称为crotaloides的原因(crotalus是响尾蛇所属的属)。

Colonized grit

Courtesy: Dr. Patrick Jung

问:你从阿塔卡马沙漠的砂砾石中找到了新的生态系统。请告诉我们这些石头中的生态系统及其意义。

答:在我们第一次去阿塔卡马沙漠的实地考察中,我们注意到在整个几平方米的地面上,都可以看到黑点。一开始我们以为是沙漠的自然光泽,这通常是锰沉积所造成的现象。随着雾气的吹拂,我们意识到黑色的颜色略有改变,因此我们用放大镜做近距离的观察(放大镜是每位从事孢子植物研究的科学家都有的工具)。当我们看到在该区域的基底上,直径6毫米的石英石所发出的黑色是因为地衣,藻类和真菌在其表面上形成了群聚时所造成,我们感到非常的震惊。在干燥状态下,这些生物为了保护自身免受阳光和紫外线的影响,会产生微黑的色素。这种有机体的聚集不仅在石英砂的表面上定居,而且还形成一层微薄的表皮将它们彼此连接起来,这种被称为生物土壤表皮。我们建立了气候站,并使用无人机以便分析这种黑色砂砾石表皮的分布方式。在实验室中,我从生态生理学实验入手,该实验向我们展示了沙粒上的生物能够有效地适应由雾气所提供的短期可用水。它们甚至只需要最低量的水份来执行在地球上已知的最佳光合作用。虽然我们对这种沙砾石的表皮有了更多的了解,但最大的谜团仍然悬而未决:那就是我们仍然不知道为什么在高密度的群聚中会形成黑色图案,而就在下一平方米的范围内的低密度群聚是白色的。我们所知道的是答案似乎比地形,雾水沉积,风向和群聚之间的关系要复杂得多。因此我们现在另外申请了研究资金,并提出了详尽的建议,以解开这种高度复杂的系统(称为砂砾皮)的奥秘。实际上获得研究资金是我最大的愿望,因为我们发现了这个系统,并且我有非常强烈的渴望想了解更多。

Upcoming fog in the National Park, Pan de Azúcar

Courtesy: Dr. Patrick Jung

问:在你的研究中,最有趣或最意想不到的方面是什么?

答:最初去了阿塔卡马沙漠是想研究微生物如何在生物风化过程中改变地球表面。没想到的是我们发现了涵盖了整个地形的全新生物群落。这是任何一位生态学家的最大愿望,而且这种情况很少发生或不会发生。这个新发现完全出乎我的意料,现在这成为我和我的一些同事的重点研究。做研究总是意味着要为意外做好准备,有时你必需沿着刚刚浮出的新线索,继续下去。也许这是一个短篇小说的结尾,但也许它将成为你生活的新篇章。

 

问:如果你不介意,能否与我们分享在你的研究中,与气候变化有关的发现且令人震惊的因素?

答:气候变化正威胁着我们所有人,包括我的研究在内。我报告了大约两年前在阿塔卡马沙漠沿海地区的沙砾石表皮的黑色图案。我和的同事之间记录了这些模式的变化。现在它们消失于两年前我们所覆盖的区域,出现于以前不可见的区域。我们目前还不知道这是砂砾石表皮的正常自然变化还是由于气候变化所引起。至少这些地区的强降雨事件更加频繁,而且雾的强度也正在改变,这些因素肯定会影响生物。希望我们能得到新项目的研究资金,这样我就能告诉你更多的信息。

Contacting the organisms

Courtesy: Dr. Patrick Jung

问:对于对植物学感兴趣的年轻人,你会给他们什么建议?

答:你对任何研究项目如果没有十足的热情,切勿涉入。作为研究人员,你的主题必须是你的个性一部分。隐喻地说,如果你只愿意在周一至周五的工作时间做研究,那你将永远不会成为一名成功的研究人员。

  

问:能否告诉我们,你未来可能会参与的研究主题吗?

答:目前,我投入了大量的精力和时间,専注于分类蓝细菌。这项硏究确实让我非常兴奋。我喜欢坐在显微镜下尝试分析所有新的培养物。在接下来的几周内,我将发布有关在阿塔卡马沙漠滨海的沙砾石所提供的生物风化的新研究。本文将首次阐明从微观到地形的各种角度的生物风化过程。这些过程可能受地质时间演变的影响。文章发表后我很高兴与你分享。除此之外,我们现在还进一步扩展了蓝细菌培养物的种类范围,因为我们目前正在对几种抗菌物质进行筛选。让我们看看会发生什么。

Courtesy: Dr. Patrick Jung

我们非常感谢荣格博士愿意花时间分享他的研究以及在地球上不同地区微生物的新发现。当适应性成为在极端环境中生存的必要条件时,这些发现对于气候变迁的硏究尤为重要。

荣格博士Instagram