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        地球生命的起源或来自地低溶洞之下

         

         

        苍野溶洞设计科技讯 ,新科学家报道,从玛士撒拉微生物到厌氧动物,这些奇怪的地下有机物正在重新定义生命体的概念。南非金矿里居住着很多恶魔,它们长有鞭子状的尾巴,有着贪婪的胃口,但这些恶魔几乎都是肉眼不可见的,这对研究地球上生命的科学家来说真是个大消息。“这一发现让我激动不已,”美国普林斯顿大学的地质学家图里斯·昂斯托特(Tullis Onstott)这样说道。2011年他在比阿特丽克斯金矿充满水的裂缝里发现有线蠕虫在游动。

        事实是复杂的有机体应该无法生活在如此深的地下,动物生存所需要的营养和氧气在几十米的地下非常匮乏,更别提地下1300米深处。由于蠕虫像神秘的恶魔一样躲避阳光,因此昂斯托特的研究小组将其取名为Halicephalobus mephisto,它是以Mephistopheles为名,也即歌德的《浮士德》里的魔鬼。

        研究小组在南非地壳深处发现了更多惊喜。在前往南非最深的金矿陶托那金矿探险时,科学家在地下3600米深处意外的发现了另一个线蠕虫物种,这使得它成为目前为止发现的最深的陆地动物。

        我们知道在地球地壳深处存在着很多隔离的生态系统,在那里生活的生物违反了很多已经确立的生物原则。有的微生物新陈代谢非常慢以至于它可能已经几百万年老了;有的细菌的生存完全不依赖太阳的能量;而有的动物的生存完全不需要氧气。这些奇怪的生物或为我们提供生命的起源以及发展方向的新见解。它甚至可能帮助我们在其它星球寻找生命存在。

        纵观整个20世纪,几乎没有什么人怀疑过地球内部可能存在生命,更别提蠕虫和穿孔的虫子。生物学家在探索地球地表下方之前就已经在寻找火星上生命存在的迹象。“普遍的观点是地球深处非常贫瘠,”加拿大多伦多大学的地质学家教授芭芭拉·舍伍德·罗拉尔(Barbara Sherwood Lollar)这样说道。

        直到核武器军备竞赛才推翻了这一正统理论。20世纪80年代,美国将密封的放射性废弃物罐子埋葬在核过程工艺设备下方,美国能源部有关当局担心,如果地下深处的确存在微生物,那么它们可能会消化掉这些密封物。1987年,为了缓解这一恐惧,美国能源部赞助了一支研究小组寻找美国南卡罗来纳州萨凡纳河流设施下方小口径小井里存在的生命。出人意料的是,科学家在地下500米深处发现了细菌和名为古生菌的单细胞有机物。

        随后科学家发现,地下生命不仅存在,而且非常普遍。1992年,英国卡迪夫大学的约翰·帕克斯(John Parkes)在日本海域发现沉积物里充满了各种生命体。即使在海底500米深处,他们在每立方米的泥土里也发现了1100万个微生物。

        这其中蕴含的意义非同寻常,即使你考虑到地球内部散发出的热量会杀死地下4千米深处的任何生命,它仍然存在足够的空间供大量生命存活。初步估计地下所包含的生命大约占全世界生物量的1%至10%,对地壳更详尽的探索将进一步确定这一数值。

        同时,研究重心已经转移到回答其中某些最紧迫的问题,也即深埋地下的有机物所面临的挑战。名单之首的问题便是它们在如此贫瘠的环境里是如何进食的。例如,生活在海底地下的微生物在几千年前被埋葬在地下沉积层之前一定是起源于海底的。周围泥土只有较少量的营养物质,没有任何新鲜的食物源,微生物早已经极度饥饿。的确如此,考虑到透过显微镜观测到这些微生物表现出怪异的静止状态,有些怀疑论者辩称这些是完好保存的长期死亡的细胞尸体,而非活的有机体。

        然而,这并不是日本南谷日本海洋地球科技署的友希·莫雷诺(Yuki Morono)所发现的结果。他的研究小组利用了日本附近太平洋海底220米深处发现的46万年历史沉积物里的细胞样本,并为它们提供标记有稳定的碳和氮同位素的充足食物源。两个月之后,莫雷诺在3/4的细胞样本里发现了同位素的痕迹。这表明这些细胞仍然是活体细胞——尽管从它们的行为中你可能无法辨别。

        “与我们相比,它们的生活节奏是如此缓慢,” 莫雷诺这样说道。“区别活体细胞和死亡细胞非常难。”它们存活的关键特征是无比缓慢的新陈代谢,使得较为贫乏的食物源能够供应上千年。

        玛土撒拉微生物

        虽然这种生活方式看起来非常简朴,但与丹麦奥胡斯大学的汉斯·罗伊(Hans Røy)和同事发现的生态系统相比,简直不值一提。在太平洋底部8600万历史(比恐龙灭绝还要早2000万年)的沉积物里,研究人员发现了活跃的细菌和古生菌。这些细胞减少的新陈代谢表明每个细胞一直饮食但非常节俭。在这样严格的约束下,细菌数量相对比较稀疏,大约每立方米的沉积物里只有1000个细胞。

         

         

        在这些隔离的沉积物中,进化的方式也不尽相同。“如果没有足够的能量以满足每个单个细胞的要求,那么细胞彼此分离简直相当于自杀,”罗伊这样说道。这些古老沉积物种的微生物可能将重心主要放在修复自身的机制,而非大多数其它有机物更加关注的行为:繁殖。

        如果这些观点是正确的,那么其中有些有机物可能是地球上最古老的生物之一。“据我们所知,这些环境里的细胞可能有上百万年历史,” 美国南加州大学的微生物家卡特丽娜·爱德华兹(Katrina Edwards)这样说道。

        虽然它们非常奇怪,但是生活在海底的玛土撒拉微生物与地球上其它洲地下发现的有机物相比还是非常传统的。设想一下南非姆波内格金矿下方生活着一个细菌物种,它的食物链是从周围岩石里的放射性衰变矿物开始。在地下寻找这些微生物是件精疲力竭的事。“你可能于早上7点与矿业人员一起下去(金矿),但直到10点半你才到达既定地点。由于那里温度和湿度是如此不堪忍受的高,研究人员只有几小时时间去金矿小口径小井的夹缝里搜集样本,然后你得立即返回地面。”

        最初,结晶岩更类似于荒凉的家园,而非海洋沉积物,它们在史前就深埋地下,身边不再有有机物质。在地下似乎不太可能找到食物,然而细菌却能够顽强的存活下来。它们的秘诀是什么?答案是铀。随着这种元素的衰变,产生的辐射会通过一个名为辐解的过程,导致水分子分离,释放出自由的氢。随后细菌结合这些氢与岩石中的硫同位素,以产生足够的能量维持生命的存活。

        通过这种方式为细胞提供能量,这些细菌成为无需太阳能量输入的特定物种的一部分。“我认为能量源完全独立于光合作用来源,”台北台湾国立大学的林力宏(Li-Hung Lin)这样说道。他带领了研究小组发现了这种细菌。

        旺旺28 www.hcspet.com 这类发现拓展了地球上存在的生命的已知边界,在相当长一段时间内,科学家认为深埋地下的有机物只限于简单的单细胞生命形式:细菌、古生菌和少数稍微复杂的真菌和变形虫。虽然它们是了不起的有机体,但它们并不是特别活跃。

        昂斯托特发现的恶魔蠕虫表明动物可以生活在地下几千米深处。它们只有半毫米长,但与其它地下深处居住者相比,它们显得几百倍大且更加复杂。“地壳里的生物多样性比我预想的要多的多。” 昂斯托特这样说道。

        然而,恶魔蠕虫在金矿地下出现的时间可能相对较晚。对周围水源的同位素测定表明它们大约在1.2万年前到达这样的深度,很可能是随着地下水流入地球内部。更重要的是,当它最后接触大气层时,这些水还包含氧气。一旦氧气用尽,蠕虫会死亡,从进化的角度看它们的存在是转瞬即逝的。

        然而,有些动物在这样令人窒息的条件下仍能长时间停留并存活,例如2010年在地中海深处发现的罕见铠甲动物门,它们类似于小型死亡的室内植物。这个250微米长的动物拥有类似花瓶状的兜甲,以及开口处散乱的类似触角般的突出部分。

        然而,并非它们的外表吸引了生物学家的注意。意大利安科纳马尔理工大学的安东尼奥·普瑟杜(Antonio Pusceddu)和同事发现了这些铠甲动物门进化出一种独特的新陈代谢方式,它的新陈代谢与其它动物的并不相同,它们并不依赖氧气的存在。相反,它们通过名为氢化酶体的细胞器利用硫化氢产生能量。

        没有氧气?没问题

        对于德国杜塞尔多夫大学的威廉·马?。╓illiam Martin)来说,铠甲动物门是表明氧气并非复杂生物存在的关键的证据。然而,他也指出,这些生物行动迟缓的行为的确引起对这些发现的质疑。“有些研究人员希望获得铠甲动物门是真正活体的独立确凿证据。”

        如果能够获得这些证实,那么这表明深埋地下的生命体可能比之前预想的要更加复杂,这将预示着两个新项目的出现——地下深处生命普查和暗能量生物圈研究中心——这些项目计划在未来几年内对地下生命进行分类。

        除了帮助我们更好的理解地球上的生命,这些结果还能帮助我们回顾最早的起源。至少南非辐解细菌为我们提供了有关分子机制的新观点,这种机制使得生命能够在光合作用发生之前繁殖生长。它甚至暗示着生命最初起始于地下。

        “生命出现时同时进行着很多狂暴的地质过程,” 舍伍德·罗拉尔这样说道。“但我们必须考虑另外一种非常有说服力的可能性,也即生命出现在温暖的断裂层处,它能够?;ど皇艿窖现氐男⌒行亲不骰蛘咴缙诘厍蛩┞兜闹旅贤庀?。”毫无疑问这是一种主流理论:大多数人相信海洋的热液喷口是地球生命的摇篮。


        但是,即使地壳的断裂处并没有见证第一个生命形式的出现,它们几乎肯定是地球上生命到达尽头时有机物的最后一个避难所。去年英国圣安德鲁斯大学的杰克·欧玛丽·詹姆斯(Jack O’Malley-James)以及他的同事对地球上生命的可能命运进行了建模,因为日益衰老的太阳可能会导致地球的环境越来越恶劣。这个模型表明大约10亿年后,地球上的海洋将会蒸发,唯一存活的生命将位于地下深处,它们可能能够继续活上10亿年。无论是热带雨林、热带草原还是珊瑚礁,地球上最持久稳固的生命特征可能是深海生命。

        对于其它星球来说可能同样如此。“深海生物圈的结果完全改变了在其它星球上探索生命形式的策略,”舍伍德·罗拉尔这样说道。“20世纪70年代前往火星的维京人号探险在火星地表寻找生命的迹象,现在我们知道生命的迹象很可能出现在地下层。” 铠甲动物门的发现又燃起了寻找复杂生命形式的新希望。

        然而,此刻很多人仍将关注重心放在地下。“这是地球上最后一个未被开发的部分,” 普瑟杜说道。“我们期望未来更多激动人心的发现,包括动物和单细胞有机体。”(编译/严炎刘星)
         

         
         
         
         
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