挑戰新極限！地表600米之下竟然潛藏生命

西班牙的力拓地區與火星地貌非常相似，因此吸引了大量科學家研究棲息在這片艱難環境中的奇異生命，以尋找地外生命的線索。

攝影：Westend61，Getty

撰文：Maya Wei-Haas

西班牙西南部的伊比利亞黃鐵礦帶看起來就像是一個外星世界的電影拍攝地。這片富含鐵的土地上散布著銹色的湖泊。以動感的紅色而命名的力拓河與周圍暗淡的岩石形成了鮮明的對比。不過，繼續往地下深處挖掘，一切就變得更加神奇了。

出人意料的是，科學家在這片奇異土地下發現了大量藍藻細菌。在地表之下的600多米處，無論是陽光、水分，還是營養物質，都很稀缺。之前研究者一直認為這類微生物只能在陽光下存活，事實證明並非如此：研究者幾乎在地球上的任何地點都發現過活的藍藻細菌。

「無論是在沙漠還是海洋，都能找到藍藻細菌。甚至宇航員前往國際空間站時，都能把它們帶上去，回來之後它們依舊能存活下來，」西班牙國家生物技術中心的博士後研究生Fernando Puente-Sa?nchez說道。

「在藍藻細菌的所有棲息地中，地下是我們最後發現的一個。」

在地球的歷史上，藍藻細菌一直扮演著重要的角色：它們負責向大氣中注入氧氣，為生命的活動鋪平道路。正因為如此，近日發表於美國國家科學院院刊的一篇新研究敦促科學家重新思考哪些生物能在地下生存，人類在火星及更遙遠的星球上尋找生命時應該搜尋哪些種類的生物。

探索地下

Puente-Sánchez是西班牙天體生物學中心的一位研究生，最初進行這項研究時並不是為了從伊比利亞黃鐵礦帶抽取的岩心中尋找藍藻細菌。實際上，研究團隊希望尋找與棲息在地表的相似微生物，其中包括氧化鐵和硫的微生物。

「但我們並沒有找到，」他說道。事實上，岩石上到處都是藍藻細菌。起初，他以為出了什麼差錯。他記得當時很苦惱：「我的博士論文恐怕要進入死胡同了，導師得殺了我。」

研究團隊分析了對照樣本，結果發現這些微生物並非來自因鑽液或實驗室處理過程導致的污染。此外，這些藍藻細菌並非出現在隨機的地點，而如果樣本被污染的液體浸泡，藍藻細菌就會出現在隨機的地方。事實上，這些藍藻細菌都聚集在岩石中的斷裂處，依靠裂縫中的微量空氣勉強存活。

研究團隊還確認這些藍藻細菌都是活的，並不是通過酶聯熒光原位雜交技術（CARD-FISH）送入地下深處的藍藻細菌的殘餘部分。酶聯熒光原位雜交技術能幫助鑒別藍藻細菌核糖體的遺傳物質。如果藍藻細菌死亡，其遺傳物質會很快分解。

然而，研究者的確認帶來了新的問題：「這些藍藻細菌為何棲息於地下？它們依靠什麼生存？」Puente-Sánchez說道。

不必害怕黑暗

這些藍藻細菌似乎與棲息於地表的同類微生物沒有太大差別。宏基因組分析表明，它們是生活在艱苦環境中的岩棲族系的後代，比如沙漠或陰暗的洞穴等惡劣環境。

但即便是在最黑暗的洞穴中，科學家認為藍藻細菌也能捕獲進入其中的少量光子，在光合作用的過程中利用太陽光的能量分解水併產生電子。那麼，地下的藍藻細菌如何在沒有光的情況下存活呢？

新研究首次證實，在沒有陽光照射的地下深處岩石的裂縫中，藍藻細菌（圖中的紅色部分）可以生存。

攝影：PNAS

這些藍藻細菌似乎主要依靠吸收氫氣存活，因為證據表明岩心中存在大量藍藻細菌的地方就沒有氫氣。氫氣是微生物的常見食物來源，尤其是那些生活在缺少其它生存手段的地下微生物。

然而，地下的藍藻細菌似乎利用其地表近親用於光合作用的增補機制加工和釋放氫電子。實際上，這些藍藻細菌似乎利用了光合作用系統的「安全閥門」，一種能夠產生少量能量的電子釋放機制。

由於陽光充足，地表的藍藻細菌不需要這些額外的能量，只是在陽光充足的時候依靠「閥門」防止細胞被曬死。不過，在某種程度上，地下的藍藻細菌似乎依靠「閥門」釋放電子而產生的少量能量生存。

不要把雞蛋放進一個籃子

「這真是一個非常棒的辦法，地下藍藻細菌不需要替換太多機制就能做到這一點，」特拉華大學的微生物生態學者Jennifer Biddle說道，她沒有參與新研究。

即便如此，重複使用光合作用系統也沒必要大驚小怪，海洋和深部生物圈微生物學者Virginia Edgcomb說道，她沒有參與新研究。棲息在艱難環境中的微生物必須增強適應性才能生存。

「這有點類似『不要把所有雞蛋放在一個籃子里』，」她說道。「把所有雞蛋放進一個籃子里不太明智，因為你必須更加靈活一些。你需要將不同的東西當作碳源，不同的東西當作電子受體，因為有可能你所處的環境會充滿限制，難以預料。」

Biddle和Edgcomb都補充說，他們之前都在過去的地下樣本中見到過藍藻細菌留下的特徵，但迄今為止，這些微生物基本上都被忽略，或者被視為疑似污染物。

「在這篇研究之前，沒有有力證據表明藍藻細菌不是深部生物圈樣本中的污染物，」 Edgcomb說道。

火星生命的提示

新研究可能會對搜尋地外生命帶來新的提示，Puente-Sánchez說道。尤其是一直被視為類似火星的力拓地區，力拓地區富含鐵和硫的礦物質，與天文學者在火星表面觀測到的情況類似。

最新的研究證明了生命的強大適應能力以及存在火星地下生命的可能性，潛藏在其充滿有害輻射的地表之下。2020年，兩艘旨在尋找火星生命的探測器將會發射升空：歐洲航天局的ExoMars和NASA的Mars 2020。兩艘探測器都裝備了鑽機，能夠採集火星的岩心，尋找古老的微生物，不過或許它們能發掘出一些更年輕的生命。

「我不是說火星上存在藍藻細菌，」Puente-Sánchez說道，同時強調我們應該拓展思路，重新思考地外星球上可能存在什麼類型的生命。

「我們考慮的是非常惡劣的環境，比如地下，火星，但生命依舊能在如此惡劣的環境下生存。」

（譯者：流浪狗）

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