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原文作者：Monique Brouillette
研究人員正在努力破解深埋在洋底岩石中的微生物如何在夾縫中求生存。
在印度洋底人類迄今探索過的地殼最深處之一，研究人員正在尋找生命的線索。亞特蘭蒂斯淺灘（Atlantis Bank）與一處海底山脈相連，這裡有暴露在表面附近的地殼深部岩石，研究人員對該處取回的岩石樣本進行了分析，發現在地球內部這樣一種營養貧瘠的狹小裂縫中，仍有微生物適應了生存。
真菌蠟葉散囊菌（Eurotium herbariorum）的培養基，這種真菌通常提取自洋底沉積物。來源：Tom Kleindinst/Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI)
這些單細胞倖存者雖然面臨的資源極其有限，但似乎能正常生存並生長，只不過速度很慢。這項研究1發表於3月11日的《自然》，是確定地球宜居空間極限邊界的最新成果。
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由伍茲霍爾海洋研究所海洋微生物學家Virginia Edgcomb領銜的團隊發現，生活在岩石中的好幾種細菌、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機分子為食。
“地球深處居然生活著一群微生物，這太令人興奮了。”Edgcomb說，“它們依靠密集碳循環維生。”
這類微生物曾被認為是生命的“極端”形式，但過去幾十年的研究表明，地球上有70%的微生物生活在同樣嚴酷的環境中。其他研究還發現，一直被認為不宜居的地方也有大量生命存在，比如海洋底下的深層沉積物、南極寒漠地區，甚至是平流層。
來自印度洋亞特蘭蒂斯淺灘洋殼的薄片岩石，研究人員在那裡發現了生長緩慢的細菌。來源：Frieder Klein/WHOI
這些食腐微生物演化出了各種適應棲息地生存挑戰的方式。它們中的一些可以吸入金屬，甚至是鈾這種放射性金屬。還有一些可以從空氣的微量氣體中攝取營養物質。其它的像深埋在泥濘洋底的微生物，生長速度慢得驚人，它們或許已經活了幾十萬年了，很少進食和繁殖。
“它們就像一臺臺精調過的末日機器，稀缺罕見。”田納西大學地球微生物學家Karen Lloyd說，他為了這些罕見的生命形式搜遍了全球。
生命慢車道
發現地殼深處存在生命跡象最早可追溯至1920年代，當時的石油勘探者注意到，油田周圍的地下水中含有硫化氫和碳酸氫巖——兩者都是由細菌產生的。1980年代，微生物學家開始計算“深海鑽探項目”（Deep Sea Drilling Project）帶回的巖芯中的微生物，所得數據令他們十分驚詫。
不過，一直到本世紀初，專為探索深部生物圈生命的科考任務啟動後，科學家才開始理解這些深海蝸居微生物的生物學特徵。“喬迪斯•決心號”（JOIDES Resolution）鑽探船有一個漂浮實驗室，丹麥奧爾胡斯大學地球微生物學家Bo Jørgensen和羅德島大學海洋學家Steven D’Hondt帶領一支科學家團隊從加州聖迭戈起航。鑽探船一路駛達太平洋東部，在秘魯海岸5300米處採集巖芯樣本，得到了最長有3500萬年曆史的沉積物
2。團隊證實沉積物裡有大量微生物。儘管這些微生物可享用的食物很少——它們能獲得的有機碳僅佔地表光合作用生物可固定碳的1%——但它們似乎還是能活下去。
喬迪斯號上的早期實驗顯示，這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——當食物來源在幾千年裡得不到補充，這種調整是非常必要的。一些科學家甚至懷疑，這些微生物是否真的還活著，還是它們在慢慢被餓死。
Jørgensen堅信這些環境中的微生物是有生命的，並援引後續研究表明，它們擁有活躍的蛋白和DNA修復機制3。
“我們總是認為細菌長得很快，那是你在實驗室看到的情況，但我發現大部分細菌其實長得非常慢。”Jørgensen說，“我們過去認為的極端才是常態。”
不羈的微生物
這些邊緣棲居者絕大多數是無法在實驗室中研究的——單純因為它們無法在培養皿中生長。即使是能在培養皿中生長的，它們在人工條件下的行為也和野外的行為不一樣。出於這個原因，研究它們的生存策略已被證明很難。不過，隨著宏基因組技術的發展，這種情況正在發生改變，
宏基因組技術讓科學家可以同步追蹤整個群落的基因表達。這些方法讓研究人員可以鑑定出參與低能量蛋白和DNA修復過程的基因，以及高能效的代謝策略。他們甚至還發現了能讓細菌靠一氧化碳和氫等微量氣體存活的基因。
俄勒岡州立大學的微生物生態學家Rick Colwell說，Edgcomb團隊的研究結果“讓我們進一步瞭解了微生物如何在組成大部分地球次表層的岩石裂縫中生存”， “我們有越來越多的證據表明，它們賴以生存的物質——譬如作為能量來源的氫——會創造一個不同的生命速度。”
參考文獻：
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為標題發表在2020年3月12日的《自然》新聞上
© nature
Nature|doi:10.1038/d41586-020-00697-y
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