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    我们来到海边，看到海面波光粼粼。过多的紫外辐射能诱发微生物DNA同条链内相邻的嘧啶碱基产生嘧啶二聚体（CPD），使DNA 空间结构发生变化，从而阻碍了 DNA 复制、转录进而影响蛋白质的生物功能。但是微生物不能坐以待毙，它们有几种修复损伤DNA的机制：一是原核生物的光酶性 DNA 修复，300～600纳米光辐射下，光活化酶被激活，特异识别嘧啶二聚体并与之结合，同时光的能量用于CPD的裂解，启动 DNA 结构重建，因而被称作“光修复”；二是细菌具有的紫外线修复酶系统，能对紫外线引起的 DNA 损伤启动剪切性修复，这种 DNA 修复方式不需要光的参与，与光修复对应，便被称为“暗修复”。另外有研究发现海洋发光细菌哈维氏弧菌居然“自带光环”，具有内部光源，可通过光复活过程用于DNA修复。

海洋发光细菌

然后我们潜入海里，首先感到的变化是压力。众所周知，水深每下降10米，压力便增加1个大气压。人类自由下潜的记录是280米，而科研人员从海洋中分离得到很多可承受200个大气压微生物；另外甚至有极端嗜压菌只有在压力超过400个大气压才能生存。

那么微生物的耐压机制呢？第一点，是多聚不饱和脂肪酸增高，它可以插入到细胞膜脂质双分子层中，参与其组成，影响细胞膜结构的稳定性和流动性；第二点，其细胞中有较高浓度的渗透活性物质，保护蛋白质在高压下不受水合作用影响；第三点是甘氨酸、脯氨酸比例下降，使得蛋白质弹性减小，而弹性蛋白中这两种氨基酸含量较高。

嗜压菌代表选手——詹氏甲烷球菌(Methanococcus jannaschii)

借助我们的蛟龙号继续下潜，我们看到了海地热液系统、深海烟囱、海底火山，这些极端环境水温可达300度。但这种环境抵挡不住嗜热菌的步伐，嗜热菌有自己的秘籍：一是细胞质膜成分变化，长链饱和脂肪酸增加、类脂总含量增加、疏水键增多，使得质膜熔点增加，稳定性加强；二是通过提升疏水键和二硫键的比例进而增加蛋白质热稳定性；三是一些质粒（环状DNA）中会携带与抗热相关的遗传信息。

深海热网菌(Pyrodictium abyssi)，最适生长温度为105℃，你敢想象？

杆状产甲烷菌(Methanothermus fervidus)，最适温度82°C，也很了不得

有高温，自然也有低温。全球90%以上的海区温度低于5℃，深海和两极水温-1～-4°，海冰温度-35°。除海冰外，海水温度非常稳定，不受季节影响。在低温环境中生存的是嗜冷原核生物和耐寒细菌。抵御寒冷的机制大致如下：一是形成了冷休克蛋白，可以适应温度骤降；二是具有独特的蛋白质结构，如蛋白质分子氢键多，使得结构具有弹性，因而在低温能保持结构完整性；三是脂膜的组成改变，不饱和脂肪酸含量增加，维持低温下膜的流动性。

注意，海底有热泉，也有冷泉，其定义是“来自海底沉积界面之下的以水、天然气和石油、硫化氢、细粒沉积物为主要成分的流体以喷涌或渗漏方式从海底溢出，并产生系列的物理、化学及生物作用”。其实，海底冷泉的温度与周围海水温度相近，2℃～4℃，并非零下几十度的寒冷环境。

在海底还能看到下图这样的美丽的景象，它就是海底盐池。形成过程大致是亿万年前形成的盐岩地层，逐渐向上流动，将上层岩层顶裂开，高浓度沿着缝隙流出。目前所知的海底盐池主要分布在墨西哥湾、地中海、红海、黑海及南极大陆架。 盐池水的盐度非常高，接近普通海水的3～10倍。另外海边的盐田也是盐度很高的生境。

海底盐池

在这些环境中生活着极端嗜盐菌，通常是古菌，其盐度适应范围是2.5-6.2 M。嗜盐菌生存策略主要有俩：通过积累葡萄糖基甘油等非抑制性物质维持较高的细胞液浓度；主动积累钾离子，与胞外钠离子浓度平衡，保持细胞内活性；酶和结构蛋白质含有较高比例的酸性氨基酸，保护其表象不受高盐破坏；细胞壁以糖蛋白替代肽聚糖，有酸性氨基酸，与钠离子中和。

盐杆菌（Halobacterium salinarum）

看到这里，不得不感叹微生物们与极端环境作斗争的智慧。它们尚且如此穷且益坚，我们是否更应努力奋斗？

祝各位看官猪年大吉，万事胜意！

来源：海洋欢乐谷公众号 https://mp.weixin.qq.com/s/bCSfY6Z10NIeaYBFAmJ7iA