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，但它們是以慢動作生長的，一個單細胞分裂可能需要幾十年的時間——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)的一項新研究開始通過檢查它們的“食物”來源——附近的有機碳分子來確定它們是如何生存的。這項研究有助于進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》雜志上的一篇論文中，WHOI科學家研究了在北大西洋和南太平洋中部的諾爾號和雷維爾號上采集的長巖心樣本。通過使用高強度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)它的細菌都會被視為一場小盛宴。但由于某種原因，附近的微生物并沒有充分利用這筆橫財。
“從純化學的角度來看，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的博士后研究員。在研究期間，埃斯蒂斯是麻省理工學院-WHOI聯(lián)合項目的博士生，直接與合著者科琳漢瑟爾合作。
她補充說，碳的存在是不尋常的，因為沉積物中也含有氧氣。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，讓細胞重建自己的結(jié)構(gòu)和細胞器。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“吃掉”多余的碳，因為它是一種無法代謝的形式。然而，Estes和她的同事發(fā)現(xiàn)有機碳的形式可以用于微生物，并且在整個沉積物中具有基本相同的結(jié)構(gòu)。相反，她說，一個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的微生物地球化學家科琳漢瑟爾說。
“我特別興奮的是，這項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星球或月球上，”她補充說。“在考慮可能支持地外微生物生命的條件時，物理環(huán)境可能和化學環(huán)境一樣重要。生活在物理分離、低擴散營養(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、國家自然科學基金暗能量生物圈研究中心和國家自然科學基金海洋科學部的支持。
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