Nature | 揭示微生物已经适应了在地球最极端的环境生存

印度洋底部是有史以来探索的最深的地壳层之一，研究人员在那里发现了生命。亚特兰蒂斯浅滩是海底山脉的一部分，深层地壳岩石暴露在接近地表的地方，对其岩石样本进行分析后发现，在地球上营养匮乏的毛细裂缝中，有适应生存的微生物。尽管它们生长缓慢并且获得的资源极其有限，但这些单细胞幸存者似乎能够长久地生活和成长。这项研究发表在Nature杂志上，是探索界定地球宜居空间极限边缘的最新作品。

马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所的海洋微生物学家弗吉尼亚-埃奇科姆领导的研究团队发现了几种细菌、真菌和古菌，它们生活在岩石中，以深海洋流中携带的氨基酸和其他有机分子碎片的碳为食。结果发现海底岩石中有活跃的微生物群落，这很令人兴奋，它们依靠密集回收碳的策略生存。这些类型的微生物曾经被认为是"极端"的生命形式，但过去几十年的研究表明，地球上多达70%的微生物都生活在类似的恶劣环境中。其他研究表明，在长期以来被认为不适合居住的地方，如海洋下的深层沉积物、南极洲的寒冷沙漠甚至平流层，都有大量的生命。而这些食腐微生物已经进化出多种多样的方式来应对栖息地的挑战。有些能吸入金属，甚至是放射性金属，如铀。有的能从空气中的微量气体中捕捉营养物质。而另一些被发现埋藏在泥泞的海底深处的生物，它们的生活速度非常缓慢，以至于它们可能会存活到几百或几千岁，不经常进食和繁殖。它们就像精巧的、世界末日的机器。

图1 Eurotium herbariorum真菌的培养，通常从海底沉积物中提取。

地球地壳深处存在生命的早期暗示首次浮出水面是在20世纪20年代，当时石油勘探者注意到他们油田周围的地下水中掺杂着硫化氢和碳酸氢盐，而这两种物质都是由细菌制造的。20世纪80年代，微生物学家开始统计从深海钻探项目--一项大规模的海底勘探工作带回来的岩芯中的微生物，并对其数量感到震惊。

    直到2000年代初，随着一个专门探索深层生物圈生命的探险队的启动，科学家们才开始了解这些深海居住的微生物的生物学特性。JOIDES Resolution号钻探船是一艘配备有浮动实验室的钻探船，由丹麦奥胡斯大学的地质微生物学家Bo Jørgensen和罗德岛大学的海洋学家Steven D'Hondt带领的科学家团队从加州圣地亚哥出发。它驶向东太平洋，该小组在秘鲁海岸外5300米深的岩芯中取样，捕获了3500万年前的沉积物。

图2 印度洋亚特兰蒂斯浅滩的一块薄岩石，在那里发现了慢活细菌。

研究小组证实，这些沉积物中含有大量的微生物。尽管这些微生物几乎没有什么可吃的东西--它们可利用的有机碳约占地表光合作用生物所固定的碳的1%--但它们似乎仍在生存。早期在JOIDES上的实验表明，这些微生物以比地表微生物慢得多的速度进行着基本的生物功能，这是在千年没有补充食物来源的情况下必须进行的调整。一些科学家甚至怀疑，这些微生物是真的活着，还是只是慢慢饿死了。Jørgensen确信这些环境中的微生物是有生命的，并指出随后的研究表明它们具有活跃的蛋白质和DNA修复机制。我们总是期望细菌生长得很快，这是你在实验室里看到的。但研究发现它们中的大多数都生长得极其缓慢，我们过去认为的极端情况是正常的。

大多数的这些“边缘居民”无法在实验室中进行研究：它们根本无法在培养基中生长。而即使是那些生长在人工条件下的微生物，它们的行为也与在野外的行为不同。正因为如此，研究它们的生存策略被证明是很困难的。但现在这种情况正在改变，这要归功于宏基因组技术的出现，它允许科学家同时跟踪整个群落的基因表达。这些方法使研究人员能够识别出参与低能量蛋白质和DNA修复过程的基因，以及能量高效率代谢的策略。他们甚至发现了使细菌能够依靠一氧化碳和氢气等微量气体生存的基因。

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