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挑战新极限!地表600米之下竟然潜藏生命

2018-10-9 02:03| 投稿: xiaotiger |来自: 互联网


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摘要: 西班牙的力拓地区与火星地貌非常相似,因此吸引了大量科学家研究栖息在这片艰难环境中的奇异生命,以寻找地外生命的线索。摄影:Westend61,Getty 撰文:Maya Wei-Haas 西班牙西南部的伊比利亚黄铁矿带看起来就像是 ...



西班牙的力拓地区与火星地貌非常相似,因此吸引了大量科学家研究栖息在这片艰难环境中的奇异生命,以寻找地外生命的线索。

摄影:Westend61,Getty

撰文:Maya Wei-Haas

西班牙西南部的伊比利亚黄铁矿带看起来就像是一个外星世界的电影拍摄地。这片富含铁的土地上散布着锈色的湖泊。以动感的红色而命名的力拓河与周围暗淡的岩石形成了鲜明的对比。不过,继续往地下深处挖掘,一切就变得更加神奇了。

出人意料的是,科学家在这片奇异土地下发现了大量蓝藻细菌。在地表之下的600多米处,无论是阳光、水分,还是营养物质,都很稀缺。之前研究者一直认为这类微生物只能在阳光下存活,事实证明并非如此:研究者几乎在地球上的任何地点都发现过活的蓝藻细菌。

“无论是在沙漠还是海洋,都能找到蓝藻细菌。甚至宇航员前往国际空间站时,都能把它们带上去,回来之后它们依旧能存活下来,”西班牙国家生物技术中心的博士后研究生Fernando Puente-Sánchez说道。

“在蓝藻细菌的所有栖息地中,地下是我们最后发现的一个。”

在地球的历史上,蓝藻细菌一直扮演着重要的角色:它们负责向大气中注入氧气,为生命的活动铺平道路。正因为如此,近日发表于美国国家科学院院刊的一篇新研究敦促科学家重新思考哪些生物能在地下生存,人类在火星及更遥远的星球上寻找生命时应该搜寻哪些种类的生物。

探索地下

Puente-Sánchez是西班牙天体生物学中心的一位研究生,最初进行这项研究时并不是为了从伊比利亚黄铁矿带抽取的岩心中寻找蓝藻细菌。实际上,研究团队希望寻找与栖息在地表的相似微生物,其中包括氧化铁和硫的微生物。

“但我们并没有找到,”他说道。事实上,岩石上到处都是蓝藻细菌。起初,他以为出了什么差错。他记得当时很苦恼:“我的博士论文恐怕要进入死胡同了,导师得杀了我。”

研究团队分析了对照样本,结果发现这些微生物并非来自因钻液或实验室处理过程导致的污染。此外,这些蓝藻细菌并非出现在随机的地点,而如果样本被污染的液体浸泡,蓝藻细菌就会出现在随机的地方。事实上,这些蓝藻细菌都聚集在岩石中的断裂处,依靠裂缝中的微量空气勉强存活。

研究团队还确认这些蓝藻细菌都是活的,并不是通过酶联荧光原位杂交技术(CARD-FISH)送入地下深处的蓝藻细菌的残余部分。酶联荧光原位杂交技术能帮助鉴别蓝藻细菌核糖体的遗传物质。如果蓝藻细菌死亡,其遗传物质会很快分解。

然而,研究者的确认带来了新的问题:“这些蓝藻细菌为何栖息于地下?它们依靠什么生存?”Puente-Sánchez说道。

不必害怕黑暗

这些蓝藻细菌似乎与栖息于地表的同类微生物没有太大差别。宏基因组分析表明,它们是生活在艰苦环境中的岩栖族系的后代,比如沙漠或阴暗的洞穴等恶劣环境。

但即便是在最黑暗的洞穴中,科学家认为蓝藻细菌也能捕获进入其中的少量光子,在光合作用的过程中利用太阳光的能量分解水并产生电子。那么,地下的蓝藻细菌如何在没有光的情况下存活呢?



新研究首次证实,在没有阳光照射的地下深处岩石的裂缝中,蓝藻细菌(图中的红色部分)可以生存。

摄影:PNAS

这些蓝藻细菌似乎主要依靠吸收氢气存活,因为证据表明岩心中存在大量蓝藻细菌的地方就没有氢气。氢气是微生物的常见食物来源,尤其是那些生活在缺少其它生存手段的地下微生物。

然而,地下的蓝藻细菌似乎利用其地表近亲用于光合作用的增补机制加工和释放氢电子。实际上,这些蓝藻细菌似乎利用了光合作用系统的“安全阀门”,一种能够产生少量能量的电子释放机制。

由于阳光充足,地表的蓝藻细菌不需要这些额外的能量,只是在阳光充足的时候依靠“阀门”防止细胞被晒死。不过,在某种程度上,地下的蓝藻细菌似乎依靠“阀门”释放电子而产生的少量能量生存。

不要把鸡蛋放进一个篮子

“这真是一个非常棒的办法,地下蓝藻细菌不需要替换太多机制就能做到这一点,”特拉华大学的微生物生态学者Jennifer Biddle说道,她没有参与新研究。

即便如此,重复使用光合作用系统也没必要大惊小怪,海洋和深部生物圈微生物学者Virginia Edgcomb说道,她没有参与新研究。栖息在艰难环境中的微生物必须增强适应性才能生存。

“这有点类似‘不要把所有鸡蛋放在一个篮子里’,”她说道。“把所有鸡蛋放进一个篮子里不太明智,因为你必须更加灵活一些。你需要将不同的东西当作碳源,不同的东西当作电子受体,因为有可能你所处的环境会充满限制,难以预料。”

Biddle和Edgcomb都补充说,他们之前都在过去的地下样本中见到过蓝藻细菌留下的特征,但迄今为止,这些微生物基本上都被忽略,或者被视为疑似污染物。

“在这篇研究之前,没有有力证据表明蓝藻细菌不是深部生物圈样本中的污染物,” Edgcomb说道。

火星生命的提示

新研究可能会对搜寻地外生命带来新的提示,Puente-Sánchez说道。尤其是一直被视为类似火星的力拓地区,力拓地区富含铁和硫的矿物质,与天文学者在火星表面观测到的情况类似。

最新的研究证明了生命的强大适应能力以及存在火星地下生命的可能性,潜藏在其充满有害辐射的地表之下。2020年,两艘旨在寻找火星生命的探测器将会发射升空:欧洲航天局的ExoMars和NASA的Mars 2020。两艘探测器都装备了钻机,能够采集火星的岩心,寻找古老的微生物,不过或许它们能发掘出一些更年轻的生命。

“我不是说火星上存在蓝藻细菌,”Puente-Sánchez说道,同时强调我们应该拓展思路,重新思考地外星球上可能存在什么类型的生命。

“我们考虑的是非常恶劣的环境,比如地下,火星,但生命依旧能在如此恶劣的环境下生存。”

(译者:流浪狗)

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