深海自助餐僵尸微生物可望而不可及

海底深處，沉積物中充滿了奇怪的僵尸狀微生物。雖然從技術(shù)上來說它們是活的，但它們是以慢動(dòng)作生長的，一個(gè)單細(xì)胞分裂可能需要幾十年的時(shí)間——這是它們明顯的表親在幾分鐘內(nèi)就能完成的事情。伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)的一項(xiàng)新研究開始通過檢查它們的“食物”來源——附近的有機(jī)碳分子來確定它們是如何生存的。這項(xiàng)研究有助于進(jìn)一步了解地球生命的局限性和其他星球生命的存在。

在1月21日發(fā)表在《自然地球科學(xué)》雜志上的一篇論文中，WHOI科學(xué)家研究了在北大西洋和南太平洋中部的諾爾號(hào)和雷維爾號(hào)上采集的長巖心樣本。通過使用高強(qiáng)度x光分析核心沉積物，研究人員發(fā)現(xiàn)它們含有低水平的有機(jī)碳分子——來自長期死亡生物的古老蛋白質(zhì)——在沉積物中保存了2500萬年。

正常情況下，這樣的碳會(huì)很快被微生物帶走。大西洋和太平洋中部的深海沉積物并不多，這使得它們成為微生物難以生存的地方。任何偶然發(fā)現(xiàn)它的細(xì)菌都會(huì)被視為一場(chǎng)小盛宴。但由于某種原因，附近的微生物并沒有充分利用這筆橫財(cái)。

“從純化學(xué)的角度來看，它們應(yīng)該能夠代謝所有的碳，但它們不能，”論文的第一作者艾米麗埃斯特斯說，她目前是特拉華大學(xué)的博士后研究員。在研究期間，埃斯蒂斯是麻省理工學(xué)院-WHOI聯(lián)合項(xiàng)目的博士生，直接與合著者科琳漢瑟爾合作。

她補(bǔ)充說，碳的存在是不尋常的，因?yàn)槌练e物中也含有氧氣。通常，在那里生長的微生物類型使用這兩種化學(xué)物質(zhì)。氧氣是生物體新陳代謝和其他生化反應(yīng)的一種“燃料”；碳為這些反應(yīng)提供了原材料，讓細(xì)胞重建自己的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器。但是在深層沉積物中，它們之間的平衡出奇地不平衡。

酯說，目前還不清楚為什么剩余的有機(jī)碳仍然存在，但她的研究已經(jīng)排除了至少一種現(xiàn)有的解釋。先前的研究表明，微生物不會(huì)“吃掉”多余的碳，因?yàn)樗且环N無法代謝的形式。然而，Estes和她的同事發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳的形式可以用于微生物，并且在整個(gè)沉積物中具有基本相同的結(jié)構(gòu)。相反，她說，一個(gè)更合理的答案是碳與沉積物中的礦物質(zhì)融合，使其無法使用。她還提供了第三種，也可能是最重要的機(jī)制：微生物無法物理接觸到多余的碳。在海底深處，這種食物來源分布稀疏，微生物太慢，無法廣泛搜索。

“從微生物的角度來看，碳可能遙不可及。當(dāng)你生活在沒有太多能量的情況下，就像這些生物一樣，游泳或爬行可能很難找到它，”WHOI的微生物地球化學(xué)家科琳漢瑟爾說。

“我特別興奮的是，這項(xiàng)研究可以幫助我們理解普通生命的一些局限性，無論是在海底還是在另一個(gè)星球或月球上，”她補(bǔ)充說。“在考慮可能支持地外微生物生命的條件時(shí)，物理環(huán)境可能和化學(xué)環(huán)境一樣重要。生活在物理分離、低擴(kuò)散營養(yǎng)島環(huán)境中的微生物根本無法利用能量增長。”

該研究得到了美國能源部、國家自然科學(xué)基金暗能量生物圈研究中心和國家自然科學(xué)基金海洋科學(xué)部的支持。

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