我国空间站发现微生物新物种 地球微生物：欢迎太空来的超能力“新朋友”

近日，科研人员首次公布在我国空间站发现的一个微生物新物种，并将其命名为“天宫尼尔菌”。 微生物是什么？生活中常见的有哪些？为什么说天宫尼尔菌是“新物种”？有什么特点？它们与地球上的“亲戚们”对比有什么不同？这一发现能给地球发展带来什么机遇……

近日，华商报大风新闻记者专访了西安交通大学生命科学与技术学院教授、博士生导师，陕西省微生物学会理事许丹，许丹教授为我们揭开了其中的奥秘。

两张图为枯草芽孢杆菌，仅作天宫尼尔菌形态参考。许丹教授供图 C6

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航天员在空间站采集微生物后带回

近日，科研人员首次公布在我国空间站发现的一个微生物新物种，并将其命名为“天宫尼尔菌（Niallia tiangongensis）”，相关科研成果在线发表于国际权威期刊《International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology》上。

此次微生物新物种发现是在空间站工程航天技术试验项目支持下实现的。研究团队聚焦于我国空间站长期运营过程中环境微生物的动态变化和安全控制，设计了多批次、全舱段、全景式的居留舱微生物监测任务CHAMP（China Space Station Habitation Area Microbiome Program）。

2023年5月，神舟十五号航天员乘组利用无菌采样擦巾对空间站舱内表面微生物进行在轨采集和低温储存。下行后，经过地面实验分析，科研人员发现了一种全新的微生物物种——天宫尼尔菌。该研究综合运用了形态观察、基因组测序、系统发育分析和代谢分析等多学科手段，最终确认了这一独特物种。

微生物凭借独特的生物学机制巧妙地适应着空间环境的压力，而空间环境也通过选择压力反过来塑造微生物的代谢和生理特征。此次发现的天宫尼尔菌是一类革兰氏阳性的产芽孢细菌，隶属于细胞杆菌科（Cytobacillaceae）尼尔属（Niallia），与近缘物种相比，天宫尼尔菌在适应空间环境方面表现出色。

这一发现为科研人员带来了全新的启示：其空间环境适应机制不仅能助力定向的微生物控制策略设计，为航天、农业、工业和医疗等领域提供精准的干预思路；在空间微生物资源利用方面也存在惊喜——其对一些有机物的利用能力，为这些物质的可持续利用开辟了全新路径。

空间站平台为微生物新物种的发现和研究提供了独一无二的条件。随着空间站的长期运营，围绕微生物的活性物质、基因资源和代谢功能的研究有望迎来一次“大丰收”，这也将为地球上的科学研究和应用带来了新的发展机遇。

》》专家问答

微生物总数可能超过1万亿种

华商报：微生物是什么？生活中常见的有哪些？

许丹：微生物是一类个体微小、结构简单的生物，包括细菌、病毒、真菌、原生动物、古菌等类群，多数需借助显微镜才能观察到。它们广泛分布于土壤、水体、空气及生物体内，例如肠道中的大肠杆菌、用于发酵酸奶和泡菜的乳酸菌、参与面包制作和酿造酒类的酵母菌，以及引发感冒的流感病毒、导致皮肤癣的真菌等。微生物虽小，却无处不在，并且与人类的生活密不可分，在生态循环、食品生产、医药制造等领域发挥关键作用。

华商报：目前世界上已经发现了多少种微生物？

许丹：微生物的种类极其庞大且难以完全统计，已描述的微生物种类约50万种，但实际总数可能超过1万亿种。

我们对于“微生物宇宙”的认知仅仅是“冰山一角”，据估计，地球上已描述的真菌约15万种，但实际总数可能超过400万种，并且每年新发现约2000种，仍有90%的真菌未被发现。细菌和古菌的多样性更高，推测总数达上万亿种，目前仅有1%的细菌/古菌可在实验室中培养，深海、土壤、人体等环境中存在大量未开发类群。病毒种类则可能以数万亿计。

微生物与人类的关系具有“双重性”

华商报：哪些是和人类的关系好的，用处是什么？哪些是对人类有害的？

许丹：微生物与人类的关系具有“双重性”，既有密切的互利共生，也存在潜在的危害。

与人类关系密切的有益微生物包括：肠道益生菌是“消化与免疫的盟友”——双歧杆菌、乳酸菌，帮助消化食物、合成维生素并增强免疫力；食品发酵微生物是“创造美味的魔术师”——酵母菌、醋酸菌，用于发酵面包、酒类、食醋等；植物共生菌是“农业与生态小助手”——根瘤菌与豆科植物共生，将空气中的氮转化为植物可以用的氨；此外还包括工业与医药的“生产车间”，生产青霉素的青霉菌，提取的抗生素拯救数百万感染患者。

有害的病原菌被称为感染与疾病的“元凶”——大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、志贺杆菌，引发出血性腹泻、肾衰竭等感染疾病；被称为“传染病隐形杀手”的病毒——流感病毒、新冠病毒会引发流感，导致全球数十万人的死亡。

不过，许多微生物在特定条件下可能转换角色，科学管理微生物并进行深入研究有利于人类认识微生物的双面性，让微生物更好的服务人类的需求。

命名体现了中国学者的严谨与浪漫

华商报：为什么说天宫尼尔菌是“新物种”？ 有什么特点？

许丹：微生物分类学中，判定一个新物种需满足表型、生理生化特征、基因组的显著差异，并通过国际命名法规的严格审核。天宫尼尔菌被认定为新物种，有多方面依据。首先在系统发育上，16S rRNA基因序列分析显示它与尼尔菌属其他物种形成不同分支，核心基因组的系统发育树也表明其进化地位独特。

天宫尼尔菌是典型的革兰氏阳性杆状细菌，通过扫描电子显微镜观察，它的形态是典型的杆状细菌，与地球上的普通细菌无异，长1.5–5.6微米，宽0.3–0.8微米，细胞两端钝圆，表面光滑，无复杂结构，可形成内生芽孢（孢子）以抵抗极端环境，这种结构在普通光学显微镜下呈现为杆状或椭圆形的微小个体，与常见的芽孢杆菌形态相似。

华商报：“天宫尼尔菌”名字好科幻！取这个名字的缘由是什么呢？它长得像《异形》里的外星生物吗？

许丹：“天宫尼尔菌”Niallia tiangongensis的命名融合了科学分类传统和中国航天特色，其属名“Niallia”源自对原芽孢杆菌属（Bacillus）的重新分类，种名“tiangongensis”，则直接取自于中国空间站“天宫”（tiangong），后缀“-ensis”在拉丁语中表示“属于某地”，意为“来自天宫”。这一命名既遵循微生物分类学规则（属地+特征），又彰显了其太空来源的特殊性，因此充满科幻色彩！

尽管名字充满科幻感，但其形态并不像《异形》中的外星生物一样可怕，反而看起来像一个“呆萌的小胖墩”。天宫尼尔菌的独特之处在于它有可以自我修复的“超能力”基因，比起《异形》，更像是“大闹天宫”的“孙悟空”，在“太空炼丹炉”中练就了一身抵抗辐射的“火眼金睛”。

对天宫尼尔菌的命名体现了中国学者科学探索的严谨与浪漫，同时也提醒我们：微生物的“奇幻”更多藏在基因里，而非外表！

在你家厨房基本遇不到它

华商报：如果在我家厨房发现它，肉眼能看见吗？它有什么特点？与地球上的霉菌有什么区别？

许丹：天宫尼尔菌的身体像一根超迷你的“小棍子”，宽度只有头发丝的百分之一，人类的肉眼连它的影子都看不到！只有当它们努力“手拉手”“肩并肩”聚成一团菌落，我们也只能看到芝麻大点的白色菌落。

作为拥有“超能力”的外太空新朋友，天宫尼尔菌绝对是令地球菌羡慕的“大佬”。首先它有刀枪不入的“护身铠甲”（其基因组中的SpIA蛋白可修复DNA损伤），能抵抗宇宙射线的伤害，比地球菌更“耐造”。其次，和只吃“优质碳水”的地球菌相比，它能把果冻、肉皮里的明胶分解成营养，断碳也不耽误它享受生活，妥妥的“太空清道夫”。而它最终的“大招”是耐盐（最高耐8%盐份）耐温（15–45℃），即使在腌菜罐子中，也能“载歌载舞开party”。

有一点不同的是，厨房里的霉菌需要使用84漂白剂等强效杀菌方式才能清除，而天宫尼尔菌使用普通消毒剂就能彻底清除，但你家厨房基本遇不到它。

是微生物界的“极限求生专家”

华商报：在没有重力的环境下，这些微生物会跳“太空disco”吗？

许丹：失去重力约束后，微生物会随液体或空气无序飘动，微观下像在跳“随机摇摆舞”。“玩嗨了”的微生物们可能会聚集成悬浮的“微生物舞池”，附着在太空站设备表面，可能形成荧光生物膜，被紫外线照射时发出“诡异光芒”，好像生物膜来了一场“灯光秀”。

华商报：听说它能在太空“吃金属”生存？它的"太空食谱"到底有多特别？

许丹：“天宫尼尔菌”并非直接以金属为食，他的“太空食谱”主要以空间站表面残留的皮肤碎屑、食物残渣中的明胶（类似果冻的成分）为主，专为太空环境定制，主打一个“省吃俭用”！它能靠“吃果冻”在太空活成赢家，还自带抗辐射“外挂”，简直是微生物界的“极限求生专家”！或许有一天，人类真能依靠这类微生物，在火星上建起自给自足的“微生物农场”！

为地外生命演化提供参考

华商报：这种微生物在太空产生着什么样的作用和影响？

许丹：天宫尼尔菌不仅是太空站的“微观清道夫”，更是科学研究的“活体实验室”。作为太空环境的“生存专家”，天宫尼尔菌的抗辐射能力（SpIA蛋白高效修复被宇宙射线破坏的DNA）、水解明胶的能力（分解如皮肤碎屑、食物残渣等残留物，减少有机物堆积）、生物膜形成能力（附着于硬件表面，增强对微重力和极端温度的耐受）可能揭示微生物在太空中的基因突变规律，为地外生命演化提供参考。

它还能将宇航员代谢废物（如皮屑、毛发）转化为基础养分，支持植物栽培或微生物农场。未来科学家们有可能制造出“超级天宫菌”，在太空资源循环利用、辐射防护以及医疗创新等方面，为人类长期驻留任务提供生物技术支持。简而言之，这个小小的“生存专家”正以它的生存智慧，为人类征服星辰大海贡献一份微观力量！

宇航员用无菌采样擦拭布采集

在空间站需“防菌”

华商报：把它们带回地球后，会像《火星救援》里的土豆一样疯长吗？

许丹：把天宫尼尔菌带回地球后，它不会像《火星救援》里的土豆那样疯长。天宫尼尔菌的抗辐射、耐微重力等特性是针对太空环境进化的，在地球的重力、氧气含量、紫外线强度等条件下，这些“超能力”反而可能成为负担。其次天宫尼尔菌擅长分解明胶（蛋白质），但地球环境中更丰富的糖类、纤维素等资源可能无法高效利用，反而导致“营养不良”。太空菌的“超能力”只属于太空，地球的微生物江湖，它们混不开！

华商报：在太空能肉眼看见它吗？宇航员是怎么在空间站"抓"到这个小家伙的？又是怎么保存带回地球的？

许丹：天宫尼尔菌的细胞大小只有0.3–0.8微米宽×1.5–5.6微米长（约为头发丝直径的1/100），人类肉眼是看不到它们的，只能借助显微镜才能观察其形态。宇航员使用无菌采样擦拭布对空间站舱内表面进行在轨采集，随后样本被密封并保存在4℃低温下，通过返回舱带回地球，样本随返回舱着陆后，8小时内送至实验室进行培养，低温+快速移交+实验室冻存，确保样本活性。

华商报：宇航员需要特别“防菌”吗？空间站现在有“微生物天气预报”吗？

许丹：在空间站的封闭环境中，微生物的繁殖可能对宇航员健康和空间站设备安全构成多重风险，所以宇航员必须要严格执行防菌措施，比如定期清洁舱内表面、使用高效空气净化系统以及使用消毒液清洁双手。

空间站目前已经具备微生物动态监测能力，可以对微生物进行实时监测，但“天气预报”式的预测仍需要更先进的技术支持，未来或可结合人工智能预测，让微生物“无处遁形”！

对地球发展带来不可估量的机遇

华商报：从带回地球到发现新物种，科学家研究了多长时间？这一发现能给地球发展带来什么机遇？

许丹：天宫尼尔菌于2023年5月从空间站中采集，科学家们经历了两年的时间才完全解析了天宫尼尔菌的前世今生，运用形态学观察、基因组测序、系统发育分析和代谢分析等多学科手段，经过严谨的实验验证，最终确认了这个新物种。

天宫尼尔菌的潜在价值不可估量，天宫尼尔菌在太空极端环境中良好生存和适应能力，对地球发展带来不可估量的机遇。例如，天宫尼尔菌生物被膜形成能力可应用于航天器表面涂层防腐蚀；耐辐射与抗氧化能力可以应用于抗辐射药物与抗辐射材料的开发；独特的明胶分解能力可用于食品加工（如明胶降解）或医疗废物处理（如胶原蛋白废弃物分解）；部分尼尔菌物种能促进植物生长（如产吲哚乙酸），天宫尼尔菌或可通过基因工程改良作为太空农业微生物肥料开发。

天宫尼尔菌的发现不仅填补了太空微生物多样性空白，更在生物技术、环境修复和航天医学等领域开辟了跨学科应用前景，为地球可持续发展与深空探索提供了“微生物百宝箱”。

此外，天宫尼尔菌的特殊能力（如极端环境适应性、酶多样性）为新型抗生素研发提供了多重潜在路径。

标志着中国在这一领域进入国际前沿

华商报：国际空间站发现过类似"太空微生物"吗？我们的发现特别在哪里？

许丹：国际空间站的微生物研究已经持续多年，并且发现多种微生物，但大多数属于已知属种，例如，NASA和其他国际合作伙伴经常对国际空间站的微生物环境进行监测，发现多种细菌和真菌，主要研究重点关注在微生物行为变化（如耐药性、基因表达）。而此次中国空间站发现的天宫尼尔菌则是一种罕见的全新的物种，天宫尼尔菌凭借其新物种身份、独特的基因组特征及极端环境生存策略，揭示微生物在太空极端环境下的进化潜力，为未来地外基地的废物处理、辐射防护提供生物解决方案，标志着中国在太空微生物学领域的研究进入国际前沿。

倾向于用《火星救援》形容这一发现

华商报：如果让网友给这个菌设计表情包，您建议突出什么特征？

许丹：要让这个太空微生物在表情包界“出道”，可以设计成头戴“迷你宇航头盔”的椭圆形小胖子，头盔上可加中国空间站标志的“太空居住证”。左手拿着“DNA修复焊枪”，右手举着“金色防辐射盾牌”抵挡宇宙射线，“天宫菌”化身修理工，用焊枪修补断裂的DNA链，路过“地球菌”时可以配文一句：“呵，地菌，太空是天宫的。”

华商报：您会用哪部电影来形容这个发现？《火星救援》还是《侏罗纪公园》？

许丹：我更倾向于用《火星救援》来形容天宫尼尔菌的发现。电影中的主角马克•沃特尼在火星上利用有限资源（种土豆、修设备）顽强生存，展现了科学智慧与生命韧性。而天宫尼尔菌在太空站微重力、低营养、高辐射环境中，通过水解明胶、抗辐射基因和生物膜协作，完成“微生物版火星求生”，堪称微观世界的马克•沃特尼。

》》专家简介 许丹教授

许丹，西安交通大学生命科学与技术学院教授，博士生导师，陕西省微生物学会理事。曾在英国、美国及法国留学工作，主要从事微生物相关学科教学及科学研究工作。主要研究方向为基于多组学大数据分析的微生物与宿主及其免疫系统相互作用。现已以第一作者/通讯作者在Nature Microbiology， Immunity等微生物及免疫领域顶尖期刊上发表论文10余篇。先后主持了国家自然科学基金4项，科技部重点研发子课题1项，获陕西省自然科学一等奖1次，陕西省科学技术二等奖1次。

许丹教授团队的柳雅馨博士、贯成林博士也参与了本次科普工作。

华商报大风新闻记者 任婷

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