南极洲生物的进化道路与世界上其它任何地方的生物都截然不同。冰川活动导致生物数量锐减，基因信息无法传递，最终推动形成了独一无二的南极洲生态系统。极地迫使南极生物的生化系统必须经历特殊的进化过程，才能适应极端低温、高紫外线辐射、高水压、高盐度变化等的环境。南极生物赖以战胜极端条件的分子机理不仅对极圈生物学和生命学的研究十分重要，对生物科技的发展也非常关键。

极端微生物：小小的身体，大大的生物科技能量

南极洲的极端生命形式微生物有极大的多样性：嗜冷微生物、嗜热微生物、超嗜热微生物、喜旱生物、喜盐生物等。这些微生物的生物科技应用广泛，可以用于农业、生物药业、生物科技产业等中。

矛盾的极地：超嗜热微生物

南极洲虽然终年冰雪覆盖，其上却分布着许多与冰天雪地无关的气候环境，如冰原沙漠、活动地热区（包括活火山和硫气孔等）。位于南设得兰群岛上的迪塞普逊活火山岛就是其中之一。

然而尽管南极洲地热活动区域不少，之前却没有报告过超嗜热微生物的存在。超嗜热微生物能够产生高能量燃料氢气，在生物燃料方面将会有不错的应用。其体内的恒温酶也有很高的商业价值。

在这次实验中，科学家们成功地从迪塞普逊岛上的一处热液中获取、培养并分离出一种超嗜热弓形菌。取样点的温度大概在50-90摄氏度，酸碱ph值在5.5到6.5之间。此次成功分离的微生物（BX13）属热球菌的一种，此前从未有报告显示南极洲存在这样的生物。该菌株能够在50-90摄氏度，盐度1-5%的环境下生存，细胞形状呈不规则螺帽形，直径在0.6到2微米之间。它和其他超嗜热弓形菌的区别在于它是从一处4米深的热液中分离出来的，而其他超嗜热弓形菌一般都是从超过一千米深的热液处分离的，这表明BX13是该类细菌的一个新种类。

南极嗜碱及嗜酸微生物：生物矿产的新选择

在南极洲能够找到适应极高温或极低温、极酸或极碱环境的微生物，而这正是生物矿产行业中所需要的，因为通过化能无机营养微生物对金属的微生物增溶能力能够实现铜、金、铀、钴等金属的复原。

科学家们本着服务工业生产的想法，培育了许多能够在酸性或碱性环境下，4到65摄氏度之间生存的微生物，观察到南极嗜碱及嗜酸微生物都能在相应的环境下有显著的活动，其中编号REF3的嗜碱微生物的碱性磷酸酶在ph值等于8的环境下活性最高。

此次培育的所有微生物都有化能无机营养成长的能力。有些样本甚至可以在硫表面上生产胞外多糖，还能65度的酸性环境下生存，这证明南极生物群多拥有对抗多重极端环境生存的能力。

抗氧化色素，未来的极地美容业？

生活在寒冷区域的微生物含有的类胡萝卜色素除了在其细胞膜上发挥结构功能之外，还构成其非酶促抗氧化系统的一部分。目前，纯天然、无害、高抗氧化性、低生产成本的色素有较高的产业价值，科学家从南极洲环境样本中分离出来的微生物入手，从中提取色素，因为南极洲的紫外线B辐射高，南极生物可能拥有更高效的抗氧化系统。本次实验中分离了两种微生物：CM（紫色杆菌属）及Yelcho（地杆菌属），两种微生物所产生的色素完全不同。前者能吸收最长585纳米波长的光，产紫色杆菌素；后者能吸收最长480纳米波长的光，产九种类胡萝卜色素。

科学家们通过实验，了解了这些色素的抗氧化能力及其在其所处脂质体面对渗透压冲击时所发挥的抵抗作用，提纯并确认了其中的四种色素。这些类胡萝卜色素证明了南极微生物的高抗氧化能力，并且结构中含有此类色素的脂质体在面对环境盐浓度的改变时具有更高的抵抗能力。实验结果均表明此类色素适合应用于美容业。

脂酶，时刻准备为脏活奉献

脂酶因其自身所具有的功能多样性及催化多种反应的能力，被认为是一种具有极高生物科技价值的酶。它不仅拥有催化脂肪水解的能力，还含有多种具有高产业价值的分子。然而，脂酶的酶促反应一般在高温下进行，因此找到能够稳定适应反应所需极端条件的脂酶是产业的关键。因此，我们从迪塞普逊岛所采集到的嗜热微生物样本中分离出了一种能够产生脂酶的嗜热微生物。

该种微生物能够产生四种在高温下也具有高活性的脂酶，这几种脂酶是催化不同反应过程的绝佳催化剂，同时该微生物的碱度决定了这几种脂酶还能应用于清洁剂的生产。此外，其对含月桂酸化合物的专一性赋予了此类酶应用于具有美容功效化合物的生产的可能性，因为这种化合物往往具有抗菌、抗氧化、抗病毒的性能。除此之外，与其他脂酶相比，这四种脂酶都具有长时间暴露在70摄氏度高温环境下依然保持稳定性的能力。

南极生物传感器背后

包括谷氨酸脱氢酶（GDH）在内的氧化还原酶因其自身的专一性和在光化学、电化学系统中的作用，都被认为可应用作优秀的生物传感器。

然而，将酶用作生物传感器相对比较麻烦的地方在于酶在温度、有机溶剂、变性剂面前会变得相对不稳定。因此，科学家希望在南极嗜热微生物身上找到恒温GDH酶，在重组微生物中完成该GDH酶的克隆和表达，并与原GDH酶的性状特征作比较。我们从收集到的样本中分离出10种不同的微生物，并进行GDH酶活性筛选。其中有一种芽孢杆菌的GDH酶比活性在50摄氏度的环境下能够维持在较高水准，酶活性较在37摄氏度的环境下没有大幅度下降。该酶的最终比活性为4.7U/mg，最适温度为65摄氏度，最适ph值为8.5。

实验结果表明，这种酶可成为当前市场上流通的酶的替代品，因为它能够在较大温度范围内（35-70℃）都保持自身酶比活性。

木质素降解酶

木质素是构成木头的三种主要化合物之一，也是地球上最丰富的芳香族化合物之一，其化学结构复杂，具有较强的稳定性，因而只有少量生物拥有能够生物降解或生物转化木质素的酶。古代南极洲比今天温热潮湿得多，当时的气候足以支持南极大陆上包括树木在内的植被的生长，因此在南极洲或能找到具有此类酶的生物。

自然界木质素降解或化学改性过程中参与的酶有虫漆酶、锰依赖过氧物酶和木质素过氧物酶。本调查的目的是从南极洲非真菌微生物中提纯木质素降解酶并为其定性，其中部分微生物具有独特的特征，或是在中性和碱性环境下、或是在更高温、或更高铜离子浓度的环境下活性更高更稳定。本实验分离了三类具有虫漆酶及木聚糖酶类酚氧化酶活性的嗜冷微生物，分属芽孢杆菌属、假单胞菌属和希瓦氏菌属。

这几种微生物能以可溶解木聚糖木质素为唯一碳源。芽孢杆菌属嗜冷植物中测量得虫漆酶活性为15.7U/mg蛋白质，高于从南极嗜热植物的粗提取物中测量得的虫漆酶活性（1.09U/mg蛋白质）。同时，此次分离的微生物还是潜在的低温碱性虫漆酶或恒温碱性虫漆酶的生产者，这些酶可以应用于纺织、造纸、药业的生产活动中。在智利，造纸过程中，虫漆酶在牛皮纸浆木质素的生物去除发挥着重要作用；在生物燃料的生产中，虫漆酶同木聚糖酶和纤维素酶都不可或缺；对造纸业所排废水中有毒酚类化合物的去除也有很大的作用。

现在还有什么能保护我？细菌素

近十年围绕细菌生产的抗菌化合物展开的研究不在少数，我们同样也想在南极洲找到能产生此种化合物的微生物。我中心的实验结果证明，南极洲有多种微生物的生物活动与一种名为细菌素的次级代谢产物（低分子量肽）的形成有关。

实验成功提纯了紫色杆菌产生的紫色杆菌素和假单胞菌产生的细菌素，两种细菌均表现出抑制大肠杆菌、金黄色酿脓葡萄球菌、以及智利医院已分离出的几种抗多种抗生菌素细菌生长的能力。实验证明，鲍氏不动杆菌、肺炎克雷伯菌、大肠杆菌等抗多种抗生菌素细菌的生长在紫色杆菌素作用下均受到抑制。

南极洲植物下隐藏的宝藏

智利圣地亚哥大学（Universidad de Santiago de Chile）研究了南极曲芒发草、南极漆姑草及苔藓钩枝藓的行为和可塑性。南极曲芒发草在紫外线B辐射提高时，光化学合成物产量也会随之提高，这证明其具有抗氧化活性及光保护作用，可应用于光药物和光美容业产品中。南极漆姑草也有其类似的行为，但相比之下其抗氧化活性较低。两种植物保持稳态的能力也是一种遗传资源，既能用于加强抗高紫外线B辐射、寒冷、高水压的能力，也能作为商用压力不耐受物种的转化目标。

在干旱-复水循环实验中，钩枝藓在干旱阶段后产生了氧化成分的变异，变异不至于造成组织坏死，反而有助于恢复其代谢活动。该发现有利于可应用于食品药物保存的天然产物的获取。

智利极圈科研新时代

拥有一套为南极洲科学和生物科技研究准备的现代化基础设施，是智利国家发展的一大里程碑。在这一传统无人区进行的生物科技研究将有助于缩短智利与其他新兴国家在该方面的差距，创造南极洲生物资源价值，同时又不对南极洲的生态平衡造成任何破坏。

Fuente: Instituto Antártico Chileno, https://www.inach.cl/inach/?p=14424, https://www.inach.cl/inach/?p=14450