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地球深处的微生物

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最新的发现表明,在咱们生活的这颗星球上,微生物无处不在,随遇而安。

南极冰下湖发现新物种

2013年3月,俄罗斯科学家完成了对南极东方湖深层钻探所获取样本的最后一次分析,在排除了科学界所知晓的一切生物后,竟然还存在一种与全球数据库中的一切物种数据都不吻合的微生物DNA。这一新生命是未被识别、未被分类的。它不属于已知的任何一个物种。用俄罗斯科学家的话说,“这一新生命出现在世界上绝无仅有的无菌湖中。全球找不到第二个这样的水体或是实验室,即便是人为因素也无法打造出类似的环境。”据介绍,他们将再次启动南极深层钻探,“倘若从水中再度获得类似有机体,便能断定我们在地球上找到了其他地方从未发现过的新生命”。

此前,科学家曾在格陵兰冰川下方约3.2千米处的冰层中,发现了一种细菌,它们是迄今为止发现的体积最小的微生物。这种细菌生有类似尾巴的超长鞭毛,最适合在冰层微小的纹理中移动。一个美国科学家小组成功地让这种估计已沉睡了12万年的细菌苏醒了过来。

意义堪比登陆火星

东方湖是南极洲最大的冰下湖,位于俄罗斯南极科考站附近,面积约1.5万平方千米,深约1200米。它的特殊之处在于,近两千万年以来,它与地球大气层和地表生态环境处于完全隔绝的状态。早在上世纪70年代,俄罗斯科学家便开始在此处进行钻探,但当时对于该湖的存在尚一无所知,钻探只是出于古气候研究的需要。直至1996年,俄罗斯科学家与英国同行合作,才发现了这颗隐匿于南极洲厚重冰层之下多年的淡水明珠。借助无线电以及地震探测,终于明确了东方湖的面积、形状、上方冰层厚度以及水下地貌及沉积层的情况。

1998年,国际社会曾发出呼吁,在研发出对东方湖生态系统污染最小的设备之前,最好停止钻探,相关工作随即偃旗息鼓。直至俄罗斯专家破解了这一技术瓶颈后,才恢复了深层钻探。2012年2月,俄罗斯第57次南极科考队经过钻探,首次成功穿透冰层,直抵湖表。

俄罗斯科学院认为,此次重大发现的意义堪比登陆火星。毕竟东方湖已经与世隔绝两千万年之久,此前从未与地球的其他生物圈发生过任何接触。学者们推测,湖中可能存在着选择了其他进化道路的新生物。

地球最深处微生物很活跃

科学家知道,深海生命通常以下沉的有机物为生。有机物在下沉过程中,附着其表面的微生物会令其营养逐渐流失。据估计,海洋表面生成的有机物仅有1%~2%的数量能够到达平均深度约3700米的海底。至于有多少能到达深达1.1万米的马里亚纳海沟就不得而知了。为了进一步了解深海生命,科学家利用深海探测器,获取了采自太平洋中西部马里亚纳海沟最深处的淤泥。他们分析这些海底沉积物的耗氧量,借此评估深海微生物的活跃程度。结果发现,这些来自马里亚纳海沟最深处的沉积物的耗氧量高得惊人;相比另一个6000米深、距马里亚纳海沟60千米的区域,这里的微生物活跃程度是它的两倍。

地球的一个大洞

在如此偏远荒凉的地方竟能发现高于周遭的生命活跃迹象,简直令人不可思议。南丹麦大学的生物地球化学专家解释说,马里亚纳海沟就像地球的一个大洞,是下沉沉积物的一个天然聚集地。类似的情况在其他海沟同样存在。“好比花园里有个洞,被风吹过来的物质自然会落到洞里,慢慢将洞填满。马里亚纳海沟就是这种情况”。聪明的你一定会问,海底怎么会有风呢?丹麦专家指出,马里亚纳海沟处于下潜区域,也就是构成地表的某一板块沉到了另一板块下面。这样的区域很不稳定,地震频发,随之引发的泥石流会将杂质带到海沟中。

压力巨大、“暗无天日”的地球最深处居然活跃着数量惊人的微生物,这一发现证实了,对于海洋表面的微小植物至关重要的二氧化碳是可以被“埋”入深海的,这一自然过程有助于缓解地球气候变化。同时,这一发现也拓宽了人们对维持生命所必需的条件的认识。

“随遇而安”不在话下

不久前,另一个科研团队在海洋地壳中也发现了大量活跃的微生物。他们研究的是位于美国西北部洋面约2600米深的海底岩石,这些岩石从海底隆起的高度在350~580米之间。他们发现,生活在这些岩石中的微生物,赖以生存的是海水和岩石发生化学反应所产生的能量,而非从海面下沉的有机物。由此可见,微生物对极端环境的适应能力极强,“随遇而安”不在话下。

说到微生物“随遇而安”的本领,值得一提的是那些生活在海底“黑烟囱”周围,包括微生物在内的大量生命。所谓海底“烟囱”其实是海底热泉活动的残留物,当海底热泉喷出的富含矿物质的热液与海水混合后,会因沉淀物堆积而形成一个个“烟囱”。因海水的温度、成分与热液所含的矿物质不同,“烟囱”呈现的颜色也不相同。其中最常见的“黑烟囱”的主体一般为硫化物。

海底“黑烟囱”大多分布在海面以下1000~4000米的地方,在那里,每平方米的面积承受着1000~4000吨的压力。在那里,终年没有阳光,不仅缺氧而且富含有毒的硫化物,人们一直认为那里应该是生命的。但偏偏就在这些林立的“烟囱”周围,竟然聚集了大量生物,其中已被发现的生物种类就达10个门类500多个种属。难道那里就是达尔文曾猜想的诞生地球生命的“原始汤”吗?虽然还没有最后结论,但越来越多的人对此深信不疑。

生与死的极限

从东方湖到马里亚纳海沟,不论是淡水还是海水的极深处都发现了微生物的存在。好奇的你一定会问,那么在坚固的地壳深处呢?科学家惊讶地发现,在那个黑暗王国里居然也生活着大量的微小蠕虫和“僵尸微生物”,甚至还可能包含着生命起源的新线索。

他们在中国松辽盆地钻探到地下6千多米的位置时,在岩石中发现了微生物。他们在南非的一个矿井中发现了一种独一无二的细菌。它们是一种真正“自力更生”的微生物。相比之下,其他所有已知生物体均需要别的生物提供某些营养物质。该矿井位于地下约3.2千米处,完全与世隔绝。这种细菌利用含铀岩石产生的放射能作为能量源,从周围岩石和空气中获取所需的所有营养物质,并完成新陈代谢过程。它们是已知的唯一一个单种群生态系统。

科学家在地下深处发现的单细胞微生物包括细菌和古菌。细菌需要水和营养素,但不一定需要氧;古菌可以靠氨或硫磺的化合物为生。由于食物极度匮乏,那里的微生物是“僵尸”,即生长非常缓慢,甚至有可能在几百万年至几千万年的时间里都不进行分裂,就好像死了一样。

其实,“僵尸微生物”在海洋中同样存在。丹麦科学家在北太平洋的海底淤泥中,发现了一个由数量极端稀少的细菌和古菌组成的单细胞微生物群落。这些细胞在显微镜下,几乎没有任何生命迹象。但当你以葡萄糖和其他养料来款待它们时,它们中的大部分都吸收了很少的一点,这表明它们实际上依然活着。但要完成细胞分裂产生子细胞,它们中的每一个都要花费数百甚至上千年的时间来积聚足够的能量。这意味着,这些细胞中有一些的年龄可能已有数千岁甚至还要更老。它们的存在或许有助于人类重新定义生与死的极限。

生命起源的又一种可能

有科学家因此认为,地球上的生命可能起源于地下。那里具备创造生命所需的一切,包括能量、水和富含碳元素的分子。人们可能认为地下深处的环境太极端、太恶劣,但实际上那里完全没有受到小行星撞击和火山喷发的影响,地下深处的岩石是原始生命很好的安全港。而且,由于微生物能够以“僵尸”的形式,几乎无限期地在地球岩石中生存,这带来了一种可能性,即来自火星的岩石有可能为我们的地球播撒了生命的种子。因为火星拥有液态水的时间早于地球,而火星遭到小行星撞击后,一些含有“僵尸微生物”的岩屑会飞入太空,最终落入地球。有科学家因此相信,地球上的所有单细胞都有可能起源于火星,这并不是疯狂的科学幻想。