科學講堂：還原極端環境 觀察生物細胞

生命的確奇妙，在接近水分沸騰的高溫、極酸、極鹼、高壓，或是鹽分極高的環境中，都有生命的存在。這些在極端環境中生活的微生物，是科學家密切研究的對象，因為牠們適應極端環境的生存機制，有助我們了解生命在其他星球出現的可能性。牠們能夠在不一樣的環境中生活，也可能是因為帶有特別的基因或酵素，可以用於其他醫藥或生化等範疇。不過這些非一般的微生物，研究起來也需要非一般的方法和設備。今次就跟各位探討一下這個課題。

加鹽加熱考工夫 設計酵素破表層

早在2014年，來自多國的科學家共同開始了「極端微生物組計劃」（Extreme Microbiome Project），聯手研究各種極限環境下的微生物。這些微生物需要在惡劣的情況下保護牠們自身的基因，所以科學家們面對的其中一個困難，就是要開發新的方法來提取牠們的遺傳物質。

為此，研究人員設計了一種由6樣酵素混合起來的化學劑，用來「攻破」這些微生物的細胞表層，再運用其他有機溶劑來提取牠們的核酸。

改用玻璃不怕熔

在實驗室中培養這些「極端生物」，有些時候不算太難，例如從智利高海拔的阿他加馬沙漠（Atacama Desert）的岩石之中，可以找到在高鹽分環境下生存的微生物，這時候只要在實驗室的微生物培養器中，多加一點鹽分就可以了。

不過，另一些微生物則需要額外的工夫。比如說有些微生物生存於無氧、高達攝氏95度的高溫環境之中。在如此高溫的境況下，一般用來培養細菌的植物膠，以至塑膠的培養皿，都不可能派上用場。研究人員因此改用抗熱的玻璃培養皿，還需尋找不怕高溫的植物膠。

出動飛機用鋁材 保溫室觀測分裂

為了能看清楚這些「極端生物」，顯微鏡也得作相應調整。一些在高鹽分環境生活的微生物，並不如一般細菌般有較堅固的細胞壁，因此假若經由標準程序放於顯微鏡之下觀察，這些微生物會變形。特別是一些研究人員希望觀察這些微生物的細胞分裂過程，變形了的細胞對觀察有很大的影響。為了解決這個問題，研究人員需要設計特別的儀器，將這些微生物輕輕地固定起來，好讓牠們可以維持原有的形狀。

在一般的實驗室顯微鏡之下，受觀察的樣本會很快冷卻；對於一向生活在高溫環境中的微生物來說，室溫可能已經讓牠們的活動大大減少，無法繼續讓我們觀察。特別對研究細胞分裂的學者來說，這是另一個難題。

相關的研究人員最終利用了用來建造飛機的鋁材，製成了特別的「保暖室」，將微生物保存在攝氏七八十度，繼而成功觀察到這些微生物的細胞分裂。

這些生活在極端環境的微生物，喜好的環境各異：或是溫度極端，或是極酸極鹼，或是鹽分、重金屬過高，因而要求亦大不相同，以致研究人員每次面對新的微生物，他們的第一個問題會是：現行的實驗室流程，需要作出多少度身的改良？

不過縱然如此，有關這些「極端微生物」的研究，已在過去十年大幅增加了。

◆ 杜子航 教育工作者

早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。