在西半球,北美西部的群山是亿万年来板块俯冲挤压的产物,地幔中的热柱在怀俄明州的地下升腾而起,蓄积成暗流涌动的巨型岩浆房.210万年来,这里发生过3次超级火山喷发,每每撼动整个西半球的生态.
但它们在今天看起来平静安详,河流,峡谷,山岭,温泉,瀑布,熔岩,到处都是奇特风景,黑熊,野牛,驼鹿,叉角羚,大角羊,美洲狮,数不清的珍禽异兽,令游人流连忘返.
于是,在1872年,美国第一座国家公园在黄石河的源头建成了,这就是闻名于世的黄石国家公园.黄石地区集中了世界上一半的地热资源,公园里最奇妙的景点当属那些地下水被岩浆加热后上涌形成的热泉.
在很大程度上,这些热泉就是陆地版的黑烟囱和白烟囱,只是规模要更大一些.比如大棱镜温泉是世界第三大的温泉,直径约100米,深50米,每分钟都从地下的裂缝中涌出2m近乎沸腾的泉水,使得泉水总是维持在85℃左右,足以把牛肉炖得相当酥烂了.
然而这里并没有成为生命的禁区,透过那清澈的泉水,我们看到池底五彩缤纷,红橙黄绿应有尽有.类似的还有同样滚烫的牵牛花温泉和祖母绿池,还有更加壮观的猛犸温泉,它们也都附着了色彩斑斓的东西 -  - 我们现在知道那是一些极端嗜热的微生物聚集而成的"菌垫",它们利用热能,光能和泉水中丰富的硫化物构造了一个相当独特的生态系统.
这群微生物的构成相当复杂,浅层的大多是各种蓝细菌,比如棕色的眉藻(Calothrix),橙色的席藻(Phormidium)和颤藻(Oscillatoria),还有绿色的聚球藻(Synechococcus),它们可以适应30℃到70℃的水温,以平常的光合作用为生.
在氧含量逐渐降低的地方,深绿色的绿硫菌能适应50℃的水温,它们的光合作用不产生氧气,而是把硫化物氧化成硫酸,再把二氧化碳转化成有机物.看起来同样绿油油的绿弯菌(Chloroflflexus)更加耐热,能在85℃的地方生存,它们的光合作用与绿硫菌很像,但是还能把地下渗出的微量氢气氧化成水.
泉底还广泛分布着硫化叶菌(Sulfolobus),它们用泉水中剩余的氧气把硫化物氧化成硫酸,所以既耐酸又耐热.这些微生物把硫化物变成了硫酸,大大提高了泉水的酸性,腐蚀了深处的岩体,让地下深处的泉水能够不断涌出,而泉水中丰富的氢气又滋养了甲烷八叠球菌.
这种最顽强的微生物固然喜欢其他微生物制造的有机酸,但也能把氢气和二氧化碳直接转化成甲烷和水,获取充足的能量和有机物.离开世外仙境黄石公园,来到东半球的西班牙南部,这里有一条堪称"人间地狱"的河 -  - 力拓河(riotinto).
远在3亿多年前的石炭纪,这一带还深深淹没在海平面下,但持续的地质活动撕破了海床,将大量沉积物从地壳深处带了上来,堆积在那里.
经过一番沧桑巨变,这些热液沉积物渐渐升上了陆地.于是,从3000年前的青铜时代开始,人类就被这些沉积物中丰富的矿藏吸引而来,伊比利亚人,腓尼基人,罗马人,西哥特人,摩尔人,西班牙人一边收获着富饶的铜矿,银矿,金矿和铁矿,一边彻底重塑了力拓河流域的整个地貌.
特别是在1873年,一家英国矿业公司买下了力拓河的采矿权,迅速崛起为世界级的跨国矿业公司,它就是今天的"力拓集团"(RioTintoGroup).然而,在金银与财富的背后,采矿制造的废水被肆无忌惮地排入河中,今天的力拓河已经彻底变成一条硫酸河,河水因为富含铁和锰的阳离子而变成暗红色,pH值更降到2左右,比消化食物时的胃液的酸性还强,河流两岸草木不生,虫虿绝迹.
但这样的强酸炼狱同样不是生命的禁区,数不清的极端嗜酸的微生物在河水中欣欣向荣.酸硫杆菌(Acidithiobacillus)喜欢上层的河水,它们利用氧气把亚铁离子和各种硫化物氧化成铁离子和硫酸,由此获得充沛的能量,并且把二氧化碳变成了各种有机物.
嗜酸菌(Acidiphilium)则是酸硫杆菌形影不离的好朋友,因为它们的主食就是酸硫杆菌排泄的有机酸和铁离子,它们从铁离子氧化有机酸的反应中获得能量,又反过来给酸硫杆菌提供了二氧化碳和亚铁离子.河中微生物的友谊还不止于此.互营杆菌(Syntrophobacter)会汲取酸硫杆菌制造的硫酸,再用硫酸把丙酸氧化成乙酸和二氧化碳,并由此获取能量.
给它们制造丙酸的是甲烷丝菌(Methanosaeta),而它们废弃的乙酸又正是甲烷丝菌最喜欢的食物.甲烷丝菌会把乙酸分解成甲烷和二氧化碳,从中获取能量,并制造出包括丙酸在内的各种有机物.
除了上面提到的"天堂"与"地狱"外,地球上还有许多处奇妙的梦幻之地.在西非塞内加尔首都达喀尔东北35千米的佛得角半岛北部,有一个面积只有3平方千米的潟湖,它被称为雷特巴湖(LakeRetba).所谓潟湖,就是海湾周围的沙洲越积越大,最终把海湾的出海口完全封死,闭塞形成的湖泊.
雷特巴湖的水深只有1米左右,当地受副热带高压影响降雨很少,终日在炽热的阳光下暴晒,湖中盐分很快浓缩到了饱和的地步,平均1升湖水就含有380克盐.于是,当地人就会全身涂满油脂,走进湖中,用竹竿打捞湖底大块的结晶盐,以出售湖盐为生.
但是,每年12月的旱季,在湖水盐度最高的时候,雷特巴湖就会从盐场摇身一变,成为旅游胜地"玫瑰湖"(LacRose) -  - 因为此时的湖水会突然变成娇艳的粉红色,叫人啧啧称奇.
无独有偶,澳大利亚处在南半球的副热带高压控制之下,在维多利亚州有个粉红湖(PinkLake),在西澳大利亚州也有个粉红湖,还有个希利尔湖(LakeHillier),都是蒸发量非常大的高盐度湖泊,也都有相同的变色现象 -  - 在世界各地,凡是盐浓度极高且光照充沛的浅层水体,都有可能变成粉红色.
当然,这不是什么神秘的魔法,我们现在知道,湖水的颜色来自一些极端嗜盐的微生物,尤其是杜氏盐藻(Dunaliella),一种单细胞的绿藻,它们会合成大量的β-胡萝卜素,用来抵御强烈的紫外线,从而把湖水染成了粉红色;它们还能高效地合成甘油,用来抵御高盐度湖水中的渗透压.
所以,在这些盐湖之中,还有一群被称为盐杆菌(Halobacterium)的原核生物欣欣向荣,它们从杜氏盐藻制造的氧气和甘油中获取能量,但也不会错过盐湖中充沛的光能,它们的细胞膜上有一种独特的蛋白质,被称为菌视紫红质(bacteriorhodopsin),可以直接把光能变成化学能,再把二氧化碳变成有机物.离开这些千奇百怪的地方,让我们回到熟悉的人类文明中来.
21世纪已经过去了五分之一,日渐加剧的全球变暖已经成为举世瞩目的环境问题.在众多对策中,让发达国家减少牛羊肉的消耗呼声渐高 -  - 这些反刍动物会在打嗝放屁的时候释放大量甲烷,而甲烷的温室效应是二氧化碳的25倍,人类活动造成的温室效应有14%都要归功于它们.那么,牛和羊又为什么能制造甲烷呢?因为它们的消化道里存在着专门制造甲烷的微生物.
作为偶蹄目反刍亚目的成员,牛,羊,鹿的食道末端都会膨大分腔,使它们一共拥有四个胃.其中第一个胃容积最大,可以占据体腔的四分之一,被称为瘤胃.我们实际上对这个器官并不陌生,牛的瘤胃俗称毛肚,是重庆毛肚火锅的主料,而羊的瘤胃会在做北京爆肚的餐馆中被切成肚板,肚芯,肚领和肚仁分开来卖,都是鲜嫩爽口的东西.
这个巨大的瘤胃,就是反刍动物的发酵罐,也是甲烷的主要诞生地了.因为动物的消化酶并不能分解植物的纤维素,所以各种素食者都要在消化道内豢养大量的微生物,先由这些神通广大的微生物把纤维素分解成糖,转化成蛋白质,自己再来吸收这些营养.
其中,我们刚刚认识的甲烷八叠球菌和甲烷丝菌都是瘤胃里相当重要的共生菌,它们虽然不能分解纤维素,不能给牛羊制造直接的养分,但它们能把其他微生物发酵产生的各种有机酸迅速转化为甲烷和水,这就有效维持了瘤胃中的酸碱性,让其他共生菌能够源源不断地分解纤维素了.
而在各种制造有机酸的微生物中,乙酸杆菌(Acetobacterium)就是潜在的一员,它们能把纤维素分解成的果糖转化成乙酸,乙酸再由甲烷八叠球菌和甲烷丝菌转化成甲烷和水.好了,我们可以暂且休息了,因为我们已经在这些奇怪的地方认识了许多奇怪的微生物,已经能够从中找到一些最重要的线索了.