我就在那地球深处慢慢慢慢地活着：科学家在地壳中发现微生物

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原文作者：Monique Brouillette

研究人员正在努力破解深埋在洋底岩石中的微生物如何在夹缝中求生存。

在印度洋底人类迄今探索过的地壳最深处之一，研究人员正在寻找生命的线索。亚特兰蒂斯浅滩（Atlantis Bank）与一处海底山脉相连，这里有暴露在表面附近的地壳深部岩石，研究人员对该处取回的岩石样本进行了分析，发现在地球内部这样一种营养贫瘠的狭小裂缝中，仍有微生物适应了生存。

真菌蜡叶散囊菌（Eurotium herbariorum）的培养基，这种真菌通常提取自洋底沉积物。来源：Tom Kleindinst/Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI)

这些单细胞幸存者虽然面临的资源极其有限，但似乎能正常生存并生长，只不过速度很慢。这项研究¹发表于3月11日的《自然》，是确定地球宜居空间极限边界的最新成果。

👉查看相关论文：微生物：海底深处求生存 |《自然》论文

由伍兹霍尔海洋研究所海洋微生物学家Virginia Edgcomb领衔的团队发现，生活在岩石中的好几种细菌、真菌和古菌都是以氨基酸片段中的碳和深海洋流中的其他有机分子为食。

“地球深处居然生活着一群微生物，这太令人兴奋了。”Edgcomb说，“它们依靠密集碳循环维生。”

这类微生物曾被认为是生命的“极端”形式，但过去几十年的研究表明，地球上有70%的微生物生活在同样严酷的环境中。其他研究还发现，一直被认为不宜居的地方也有大量生命存在，比如海洋底下的深层沉积物、南极寒漠地区，甚至是平流层。

来自印度洋亚特兰蒂斯浅滩洋壳的薄片岩石，研究人员在那里发现了生长缓慢的细菌。来源：Frieder Klein/WHOI

这些食腐微生物演化出了各种适应栖息地生存挑战的方式。它们中的一些可以吸入金属，甚至是铀这种放射性金属。还有一些可以从空气的微量气体中摄取营养物质。其它的像深埋在泥泞洋底的微生物，生长速度慢得惊人，它们或许已经活了几十万年了，很少进食和繁殖。

“它们就像一台台精调过的末日机器，稀缺罕见。”田纳西大学地球微生物学家Karen Lloyd说，他为了这些罕见的生命形式搜遍了全球。

生命慢车道

发现地壳深处存在生命迹象最早可追溯至1920年代，当时的石油勘探者注意到，油田周围的地下水中含有硫化氢和碳酸氢岩——两者都是由细菌产生的。1980年代，微生物学家开始计算“深海钻探项目”（Deep Sea Drilling Project）带回的岩芯中的微生物，所得数据令他们十分惊诧。

不过，一直到本世纪初，专为探索深部生物圈生命的科考任务启动后，科学家才开始理解这些深海蜗居微生物的生物学特征。“乔迪斯•决心号”（JOIDES Resolution）钻探船有一个漂浮实验室，丹麦奥尔胡斯大学地球微生物学家Bo Jørgensen和罗德岛大学海洋学家Steven D’Hondt带领一支科学家团队从加州圣迭戈起航。钻探船一路驶达太平洋东部，在秘鲁海岸5300米处采集岩芯样本，得到了最长有3500万年历史的沉积物²。

团队证实沉积物里有大量微生物。尽管这些微生物可享用的食物很少——它们能获得的有机碳仅占地表光合作用生物可固定碳的1%——但它们似乎还是能活下去。

乔迪斯号上的早期实验显示，这些微生物行使基本生物功能的速度比地表微生物要慢得多——当食物来源在几千年里得不到补充，这种调整是非常必要的。一些科学家甚至怀疑，这些微生物是否真的还活着，还是它们在慢慢被饿死。

Jørgensen坚信这些环境中的微生物是有生命的，并援引后续研究表明，它们拥有活跃的蛋白和DNA修复机制³。

“我们总是认为细菌长得很快，那是你在实验室看到的情况，但我发现大部分细菌其实长得非常慢。”Jørgensen说，“我们过去认为的极端才是常态。”

不羁的微生物

这些边缘栖居者绝大多数是无法在实验室中研究的——单纯因为它们无法在培养皿中生长。即使是能在培养皿中生长的，它们在人工条件下的行为也和野外的行为不一样。出于这个原因，研究它们的生存策略已被证明很难。不过，随着宏基因组技术的发展，这种情况正在发生改变，宏基因组技术让科学家可以同步追踪整个群落的基因表达。

这些方法让研究人员可以鉴定出参与低能量蛋白和DNA修复过程的基因，以及高能效的代谢策略。他们甚至还发现了能让细菌靠一氧化碳和氢等微量气体存活的基因。

俄勒冈州立大学的微生物生态学家Rick Colwell说，Edgcomb团队的研究结果“让我们进一步了解了微生物如何在组成大部分地球次表层的岩石裂缝中生存”， “我们有越来越多的证据表明，它们赖以生存的物质——譬如作为能量来源的氢——会创造一个不同的生命速度。”

参考文献：

1.Li, J. et al. Nature 579, 250–255 (2020).

2.D’Hondt, S. et al. Science 306, 2216-2221 (2004).

3.Mhatre, S. S. et al. FEMS Microbiol. Ecol. 95, fiz068 (2019).

原文以 These microbial communities have learned to live at Earth’s most extreme reaches为标题发表在2020年3月12日的《自然》新闻上

© nature

Nature|doi:10.1038/d41586-020-00697-y

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