高井博士(博士)
我们共同的祖先究竟源于哪里?长期以来,生物学界围绕生命起源的探讨不曾间断过。最新学说认为,解开谜题的钥匙在地球深海与宇宙卫星里。并且,生命是否只存在于地球上呢?我们向海洋研究开发机构(JAMSTEC)的高井研博士咨询了有关酶等最前沿的研究内容。
【授权】
文/神吉弘邦 照片提供/JAMSTEC
text_Hirokuni Kanki
photos courtesy of JAMSTEC

高井博士您一直围绕 “深海热液喷口处隐藏着生命起源的线索”主题不断进行研究,那么是什么让您下定决心成为一名研究者的呢?

高井博士

我想找到一条“能够问鼎世界第一”的道路,故而选择成为一名研究者。当初考进京都大学的农学部水产学科,也是为了将来获得诺贝尔奖。

高井 研博士/1969年出生于京都府。地球微生物学者。专业为极限环境微生物、生命起源、宇宙生物学。海洋研究开发机构(JAMSTEC)超先锐研究开发部部长。在京都大学大学院农学研究科水产学专业完成博士课程,获得博士(农学)学位。曾任日本学术振兴会特别研究员、科学技术振兴事业团科学技术特别研究员、JAMSTEC地壳内微生物研究项目组组长、深海・地壳内生物圈研究领域总负责人等,2019年起任现职。著有《生命缘何诞生》(幻冬舍新书)、《微生物猎人、行走深海》(East Press)等。

您上高中时就树立了远大志向啊……!

高井博士

我野心比较大(笑)。当时,分子生物学开始受到关注,作为研究平台,我选择了京都大学的微生物研究室。我的指导老师给出了2个研究题目,即“产生毒素的基因研究”和“生活在温泉与深海热液中的超嗜热菌研究”,问我选择哪个。
我因为犹豫不决找朋友商量了下。朋友对我说:“超嗜热菌因为与生命起源有关,所以更具浪漫色彩。能获得比诺贝尔奖更大的成就哦”。于是我立誓向深海发起挑战,“我要找到生命的起源!解决世界上其他人都未能解决的难题。”

我曾经在科学杂志上看到过海底烟囱(热液喷口)的照片,不禁赞叹“海底居然生活着如此丰富多彩的生物”。

深海热液喷口(海底烟囱)的景象。“如果自然环境中的温泉或深海热液中有生命的起源,那么其中应该有存活下来的接近生命起源的『始祖微生物』。目前尚没有研究者成功地收集到它们,所以我想成为发现它们的第一人”(高井博士)
©︎JAMSTEC

高井博士

我是在成为研究者之后,过了很久才开始爱上大海的。起初我不懂得享受潜入深海的乐趣,一心只想采集自己想要的生物样本,完全感受不到潜航的快乐。也就是“想早去早回”的感觉。毕竟深海很恐怖。

在海洋研究开发机构(JAMSTEC)里,高井博士您是在怎样的体制下进行探索生命起源研究的呢?

高井博士

我主管的部门名为“超先锐研究开发部门”。是一个立志进行超前卫研究的组织。

高井博士您坚持致力于载人探测的理由是什么呢?

高井博士

在理论・实验・观测科学中,我属于“观测派”。我认为直观感受才是科学的原动力。正因如此,我无法信任那些不亲临现场、无法获得直观感受的研究者。我认为,只有亲眼所见的直觉经验以及由此产生的真实感,才是人生与一切科学的原动力,所以很想对此有所贡献,这正是我现在的想法。这是一个最容易被大家中途放弃的部门,而正因如此我选择坚持到了现在。

潜航的JAMSTEC载人潜水调查船“深海6500”
©︎JAMSTEC

高井博士您所看到的真实的深海世界是什么样子的呢?

高井博士

有的地方非常繁华,如同沙漠中突然出现的拉斯维加斯,其中就有很多生物,就像摩天大楼。热液从那里喷涌而出,释放能量。海底烟囱坍塌,很快又再次形成。生命诞生、毁灭,又不断形成。当你看到此场景时,你的直觉告诉你:这个充满能量的世界本身就是一个宜居环境(生命可以居住的环境)。

宇宙空间中的一切东西都由相互之间的关系所构成

听说您在年轻时,也曾从事过酶的研究。

高井博士

在京都大学交博士论文之前,我一直研究酶的热稳定性。通常来说,大多数酶的最佳活动温度接近我们人类体温。酶的结构决定了其会在生物最活跃的温度下活动。PCR(核酸)检测等也是利用了这一特点。

我们就是这样利用酶的特性而发挥作用的。但是,酶为什么会被破坏?或者说为什么不被破坏?这一本质问题50多年来一直困扰着蛋白质研究人员。5一旦确定了基因序列,就可以确定该酶的热稳定性。然后有可能创造出 “无论怎么加热都不会变成水煮蛋的鸡蛋”。

很高兴您关注温度与酶的关系!

高井博士

研究这一规则的最佳研究对象是被称为“超嗜热菌”的细菌,我便想用它解开酶的谜题。但是,我还在读博士课程时,结构解析的研究已在全世界开始流行,于是酶的谜题也变得越来越清晰。原本我想要自己解决的问题,已经被前辈们开始着手解决。当时我就想:若不抓紧做些其他研究,可就糟了。

我听说分子生物学从80年代末到90年代有了跨越性发展。。进入90年代后,基因序列的发现也变得十分普遍。

高井博士

当时确实是生物技术克隆的全盛时期,但关于微生物世界研究的发展进程略显迟缓。人类好不容易才找到了如今所说的宏基因组研究方法,即直接调查环境DNA的方法。我意识到如果利用这种方法调查温泉和深海热液,应该还能发现其他人尚未发现的远古微生物。而JAMSTEC是最佳研究平台。

JAMSTEC是文部科学省下属的国立研究开发法人。其总部设在神奈川县横须贺市,旨在对全球的海洋、地球环境及地震等实施观测研究。
©︎JAMSTEC

高井博士27岁进JAMSTEC后,坚持不懈地进行研究,并逐渐成为了一名国际公认的研究者。

高井博士

我想研究俗称为“LUCA(Last Universal Common Ancestor)”的深海热液中的微生物,即寻找“最后的共同祖先”。快35岁时,我发现了一种类似共同祖先的微生物并发表了论文,结果全世界都知道了我的名字。从那时起,作为一名研究者,我的内心变得更加从容。

您有意识地选择了一项其他人未曾涉足的研究,并取得了成就啊。

高井博士

是的。幸好没有前人涉足。那时候,我的上司只有掘越弘毅先生(原JAMSTEC极限环境生物圈研究中心负责人)一人,他从不干涉我的研究。掘越先生对我只有一个要求,即“写出有意思的论文”,这真的非常好,让我可以开展自己想要做的研究,朝着走近生命起源这一目标不断前进。

经常有研究者说,会在某个时期“重新爱上”自己的研究课题,意识到“诶,这项研究果然很了不起”。高井博士您是否也是如此?

高井博士

我在35、6岁时有过这种体验。我常用“解脱啦”来形容那种感觉。

大彻大悟的感觉!

高井博士

真是那种感觉(笑)。在走访世界各地研究热液的过程中,我意识到温泉骨干处的岩石和地质、化学和物理等条件与生活在那里的微生物有关,而且建立在相互关系的基础上。
那一刻我的内心确信,这个法则不仅适用于地球,而且还适用于所有宇宙空间的通用普遍法则,我脑海中不禁浮现出一幅宇宙空间全图。只有用解脱才能形容那种感觉。虽然我在10年后才将之写成论文,但当时我很确信。就是说,我是先有对结论的确信,然后再进行了证实。

酶研究者们也曾讲过,有时会发现,包括世间动向等在内的许多事物都是“联系在一起的”。从中发现诸多可能性的那一刻最为有趣。

高井博士

我在JAMSTEC工作时,与世界各地的人们或日本国内各个领域的人们合作共同进行研究,当我将微生物学、生物学乃至地质学、地球化学等知识融会贯通,串成一条线时,真的就是那种感觉。我很庆幸自己加入到了JAMSTEC平台的原因之一就在于此。

热液周围螃蟹聚集,冲绳・鸠间海丘的深海烟囱
©︎JAMSTEC
想要致力解决只有穷尽一生才能解决的重大课题

您在确定研究“探索生命起源”这一课题之前,经历过怎样的曲折呢?

高井博士

我上小学4年级时,从京都市区搬到了滋贺县北部的乡下。玩耍的地方几乎都是河流和湖泊。从杂乱狭小的都市搬到被大自然环抱的乡下后,我意识到我们人类是多么的渺小和微不足道。我从小学生的角度,感受到了生态学等中所谓的“周围世界”,即人类只不过是诺大世界的一部分。

不过,当时的我不是理科少年,因此对自然的奥秘并不感到着迷。只是单纯地因为生物学很热门,便认为“只要在这个领域打出名号,就能成为世界第一”。我之所以沉迷于生命的起源,是因为它是生物学的第一大问题。

利根川进博士(荣获诺贝尔生理学・医学奖的生物学家)曾在书中写道“生物学家不好的地方就是会纠结细小的问题”。他认为所有的问题都是因为有兴趣才有趣。他的意思是说,重要的不是“细小的乐趣”,而是“能否遇到需要解决的伟大目标”。

我认为他说的非常有道理。要研究就研究只有穷尽一生才能解决的重大问题,否则就没有意义。于是我立下目标,誓要解决人类2400年来未曾解决的生命起源问题。出于这个雄心勃勃的理由,我终于确定好了生命起源这一课题。

您让我联想到了印第安纳琼斯那样的探险家!

高井博士

我觉得自己跟探险家很相似。总之就是想成为做某件事的第一人。所以我认为想要创业的人和想要成为研究者的人的心态应该是差不多吧。可以自己决定自己的职业生涯。可以赌上自己的人生,甘冒风险,按照自己认为合适的方式来选择生活。我可以十分肯定地说,研究者是一个非常棒的职业。

高井博士所著《微生物猎人、行走深海》

您刚刚说“在成为一名研究者后,时隔很久才爱上了大海”,请问:发生改变的具体契机是什么呢?

高井博士

进入JAMSTEC后,我得到了到海外留学1年的机会。我去的那个地方位于美国沙漠中,在那里我研究地下微生物,,但是生活在被沙漠包围的环境之中,我总感觉缺点什么。

有一天我出门乘坐渡轮,当海景映入眼帘之际,我忽然感觉“大海真美好”。在那之前,我从未那样想过,那是我第一次意识到自己那么热爱大海。让我意识到因为之前没在沙漠环境中生活过,所以未曾感觉到对大海的憧憬。从那天起,我决定“今后要终生致力于深海研究”。这就是我沉迷于深海的契机。

当你身处不同环境时,你才会意识到“其实你很喜欢它”。

高井博士

大概那样更能发现“自己真正热爱的是什么”吧。如今的年轻人会因为“喜欢昆虫”或者“喜欢生物”等理由自然而然地走上研究之路,但我认为那样不好。我希望他们能在自己的人生中重新审视思考 自己是否“真正热爱”这份热爱。
我正是因为意识到以前不喜欢的事物正是真正所爱后,才有了永不放弃的坚定信念。在那之前,我并未觉得研究和大海有那么重要。自从意识到自己对它们的真正热爱以后,我才有了改变。

有时候我会和研究者们讨论“如果世界上没有了酶会怎样”,即围绕着“我离家出走后世界会怎样”进行思考。

高井博士

这个不错。如果被人们视为理所当然的存在消失不见了,结果会怎样呢?当人们思考这个问题时,他们定会明白这种存在是多么的重要。
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