|
, |% k T7 Q! M - t9 U, h* E, i$ ]4 c+ P( b
这是2010年南太平洋钻探探险中收集的岩石样本。科学家在其中发现了一些微生物，它们生活在一个看似不可能的地方：海底之下的古代岩石里。 + M9 B4 K2 d* _/ G" Y" h5 K
摄影：CAITLIN DEVOR, THE UNVIERSITY OF TOKYO - f% j! @- B3 j" c8 T1 G% t" ^1 O0 A7 A
撰文：ROBIN GEORGE ANDREWS
# @2 D6 q4 T" \+ q2 [. i; G 2013年，科学家们震惊地发现，在太平洋西北部海底下的火山岩深处，265米厚的沉积物之下，生活着大群微生物。这些岩石位于火山裂谷侧面，它们在此诞生，依然年轻，而且温度足够高，可以与海水发生剧烈的化学反应，这些微生物从中获得能量。
/ b8 I' F; x5 b" x 不过，现在另一组研究人员在南太平洋中部发现了活细胞，它们生活在极其古老、寒冷的地壳中。目前我们尚不清楚这些新的微生物如何存活下来，而且在同样的体积下，古老的地壳里的微生物是年轻的100多万倍。 5 R z4 w% @) \ L0 _, v+ q/ `- k/ m* S
东京大学的地球科学家Yohey Suzuki回忆自己第一次见到满是细胞的古代岩石薄片时说：“说实话，我简直不敢相信。”这项研究发表于4月2日《生物学通讯》，Suzuki是首席著者。
/ C6 t' D7 |7 b0 V, D
/ W' `, D; Z K; [; u% y; H 这些荧光显微镜下的细菌（绿色）来自研究人员从海底之下采集的岩石样本。
! `* Y2 z7 F% j& {9 H3 W 供图：YOHEY SUZUKI, UNIVERSITY OF TOKYO
: F* B. Z1 T6 ~" ?$ f1 u- i, [0 \ 在这样一个几乎不可能的地方发现微生物，令人十分震撼，而这也说明，可能整个海洋地壳里都存在微生物。海洋地壳是一层岩石，厚度与珠穆朗玛峰相仿，有些地方很高，占据了地球表面五分之三的地方。这一发现还具有更广阔的宇宙意义：火星上有类似的火山带，这颗星球的表面也曾被水浸过，甚至可能曾有一个巨大的海洋。 - f' E9 ]2 x4 z
大约40亿年前，火星的外核停止搅动，磁场随之瓦解，大气层被太阳风吹走，火星变成了一个沙漠世界。但如果水中曾充满了生命，而且一些水流进了地下，那么在火星地下火山岩的细微裂缝中，可能仍存在生物——就像在今天地球的海洋地壳中一样。
7 u6 \( V& o+ G- S 西班牙天体生物学中心的高级研究员María-Paz Zorzano说：“如果有海洋，生命就会在这些细缝中诞生。”Zorzano没有参与此次研究。
# ^: G5 \2 K& U: q, W. }, j 全球传输带中的生命
2 O" L. R5 e$ K1 k" Y' i0 l' w 海洋地壳在38亿年里一直处于不断形成的过程中，从大洋中脊开始（一个环绕地球的火山网，延伸64000公里）。这种新冻结的熔岩大部分是玄武岩，依然炙热，与冰冷的海水发生剧烈的化学反应，海底微生物从中获取能量——现在我们已经知道，它们在海底深处。
3 |" n5 E( h8 J7 p 在靠近大洋中脊的地方，炙热而又年轻的岩石里有包括铁在内各种各样的金属，它们处于很容易与海水中的氧发生反应的化学状态。于是，那里的微生物可以利用这些化学反应产生能量。
J* ]) p$ E& t: Q8 M 然而，在山脊的两侧，海水中的氧气已经被早期化学反应消耗了。玄武岩与水反应产生的是氢。2013年，奥胡斯大学的生态学家Mark Lever和同事报告称，藏身350万年前海洋地壳中的微生物，利用这些氢把二氧化碳转化成了维持生命的有机物。 + g# p* ]0 L8 j( A
沿着这条地壳传送带一路向前，古老的岩石不断被年轻的岩石推开，你会发现前者已经变得冰冷，而且缺少关键的化学成分，微生物在这里存活的可能性很低。但科学家并没有因此放弃。
# I: O4 A* r, |* u, Q6 {- N 回到2010年10月，研究人员前往广阔的南太平洋，在库克群岛以西640多公里的地方开始探索。在这片孤寂的海域里，他们在距离船下5790米的地方，钻入坚硬的海洋地壳。
- F7 o+ x" K9 a$ c: j Lever没有参与此次研究，他说，由于钻探现场上方的营养物质非常少，“水中几乎不存在生命”，这里可以算是“全球海洋中最死气沉沉的地方”。
4 C: T" @- d/ Z- W3 C6 [+ I, w- B 研究人员在多个地点，从海底100米以下的地方提取了地壳核心样本；最年轻的1350万年，最古老的1.04亿年。之后的十年里，Suzuki和团队孜孜不倦地研究了这些岩石，发现在每个样本，在很多富含铁、全是粘土的细微裂缝中，存在生命。
9 ]; B+ C& ]( i! ^5 w9 ~ ` 充满生命的“地下室”
+ [, ^; S f Q; {: d 为了确保样本没有被富含微生物的海水污染，研究团队在打开之前，对岩石外部进行了仔细消毒。Zorzano说，岩石内部的生物看上去是地壳里真正的居民。 & ^% F q* k* A+ R" z% r+ B
这个环境处于580个大气压的压力下，营养微薄，空间狭小，生命几乎无法存活，然而庞大的高密度微生物群落却生活在这些岩石里，足以证明微生物充满了活力。 N7 e& Y) Y, m$ p
基因图谱显示，这些地壳中的群落主要是异养型细菌。生活在年轻的海洋地壳中的微生物可以依靠氢，但新发现的这些微生物无法合成自己的食物，只能从周围环境中获取。在这样的情况下，有机物成了它们的能量来源。 + U+ I2 r r+ W y! l5 z& h7 R
异养型细菌的食物可能是从上方落下的海洋生物的排泄物和腐烂的尸骸，或者地壳自身带来的非生物化学分解，像一些深海热泉周围那样。Suzuki说，无论是哪种情况，它们被困在了全是粘土的细微裂缝中，为生命的诞生准备好了“神奇的材料”。
/ W' n: A7 E, n) c+ L; ~& N* U 在这些古老的玄武岩里，科学家也发现了以甲烷为食的微生物。Lever说，甲烷的来源尚不清楚，但可能形成于年轻的海洋地壳，靠捕获的二氧化碳存活。又或许，这些生物靠着几千万年前的剩余物活到了今天。
. r6 p) \! S6 D& b, D0 P+ l( W 地外生命
/ H5 S4 w6 M o% ^3 h 古老的海洋地壳中存在微生物群落，这一点预示着火星上也可能有生命。内华达大学拉斯维加斯分校的行星科学家Arya Udry没有参与此次研究，她告诉我们，地球的大洋玄武岩与火星的玄武岩非常相似。
+ H' o* N% j$ c9 z) j 这一新发现是否会增加我们在行星邻居火星相似的地方，发现类似生命的概率？“当然会，”Lever说。虽然来源不明，但火星上也有甲烷，这意味着南太平洋底发现的以甲烷为食、生活在地壳中的微生物，可能也以某种形式存在于火星上。
. L: R$ ?. E7 C, s! H 而且火星玄武岩的内部和顶部也有蒙脱石，这种粘土矿物为很多陆地微生物提供了食物。Lever说：“如果火星上曾经存在过生命，那今天的地下深处可能也存在。”
; l% W9 x0 P9 d% m0 `8 h Zorzano说，如果有微生物为了避开表面的致命辐射，存在于火星内部，那么我们可能很快就能找到它们。欧洲航天局罗莎琳德·富兰克林火星漫游者预计将于2022年发射，在满是粘土的地方着陆，这些粘土中富含有机分子，科学家将在此寻找生命特征。NASA的毅力号火星车计划于今年夏天发射，在富集粘土的火山口收集样本，并在未来十年里将把原始样本送回地球。 : P6 X6 f, |) E2 T' A
这项新研究结果的意义甚至超出了太阳系。从海面上漂着的海藻，到陆地上的植物，地球上的很多生态系统都建立在光合作用生物的基础上。但这些以甲烷为食的微生物可能仅从海洋地壳中获取能量，它们的生态系统迥异于光合作用生物，但同样成功。
4 G8 m+ O) `' }3 K7 D Lever说，在宇宙中，这些微生物看似不同寻常的策略可能比我们想象的更常见。“在浩瀚宇宙的其他地方，很可能光合作用生物才是例外。”
$ H3 z) \/ Z! R （译者：Sky4）
. j/ n. ^/ G2 T. R k; c$ p0 f- X1 M4 }5 P& U
& L" W8 {/ X7 p9 j7 i' b
; j& i5 Z% y4 i7 D1 S- F% D
5 |! K9 U1 G* q( \1 O r1 W9 V' d | 
