這是2010年南太平洋鉆探探險中收集的巖石樣本?？茖W家在其中發(fā)現(xiàn)了一些微生物，它們生活在一個看似不可能的地方：海底之下的古代巖石里。
攝影：CAITLIN DEVOR, THE UNVIERSITY OF TOKYO
撰文：ROBIN GEORGE ANDREWS
2013年，科學家們震驚地發(fā)現(xiàn)，在太平洋西北部海底下的火山巖深處，265米厚的沉積物之下，生活著大群微生物。這些巖石位于火山裂谷側面，它們在此誕生，依然年輕，而且溫度足夠高，可以與海水發(fā)生劇烈的化學反應，這些微生物從中獲得能量。
不過，現(xiàn)在另一組研究人員在南太平洋中部發(fā)現(xiàn)了活細胞，它們生活在極其古老、寒冷的地殼中。目前我們尚不清楚這些新的微生物如何存活下來，而且在同樣的體積下，古老的地殼里的微生物是年輕的100多萬倍。
東京大學的地球科學家Yohey Suzuki回憶自己第一次見到滿是細胞的古代巖石薄片時說：“說實話，我簡直不敢相信?！边@項研究發(fā)表于4月2日《生物學通訊》，Suzuki是首席著者。
這些熒光顯微鏡下的細菌（綠色）來自研究人員從海底之下采集的巖石樣本。
供圖：YOHEY SUZUKI, UNIVERSITY OF TOKYO
在這樣一個幾乎不可能的地方發(fā)現(xiàn)微生物，令人十分震撼，而這也說明，可能整個海洋地殼里都存在微生物。海洋地殼是一層巖石，厚度與珠穆朗瑪峰相仿，有些地方很高，占據(jù)了地球表面五分之三的地方。這一發(fā)現(xiàn)還具有更廣闊的宇宙意義：火星上有類似的火山帶，這顆星球的表面也曾被水浸過，甚至可能曾有一個巨大的海洋。
大約40億年前，火星的外核停止攪動，磁場隨之瓦解，大氣層被太陽風吹走，火星變成了一個沙漠世界。但如果水中曾充滿了生命，而且一些水流進了地下，那么在火星地下火山巖的細微裂縫中，可能仍存在生物——就像在今天地球的海洋地殼中一樣。
西班牙天體生物學中心的高級研究員María-Paz Zorzano說：“如果有海洋，生命就會在這些細縫中誕生?！盳orzano沒有參與此次研究。
全球傳輸帶中的生命
海洋地殼在38億年里一直處于不斷形成的過程中，從大洋中脊開始（一個環(huán)繞地球的火山網(wǎng)，延伸64000公里）。這種新凍結的熔巖大部分是玄武巖，依然炙熱，與冰冷的海水發(fā)生劇烈的化學反應，海底微生物從中獲取能量——現(xiàn)在我們已經(jīng)知道，它們在海底深處。
在靠近大洋中脊的地方，炙熱而又年輕的巖石里有包括鐵在內(nèi)各種各樣的金屬，它們處于很容易與海水中的氧發(fā)生反應的化學狀態(tài)。于是，那里的微生物可以利用這些化學反應產(chǎn)生能量。
然而，在山脊的兩側，海水中的氧氣已經(jīng)被早期化學反應消耗了。玄武巖與水反應產(chǎn)生的是氫。2013年，奧胡斯大學的生態(tài)學家Mark Lever和同事報告稱，藏身350萬年前海洋地殼中的微生物，利用這些氫把二氧化碳轉化成了維持生命的有機物。
沿著這條地殼傳送帶一路向前，古老的巖石不斷被年輕的巖石推開，你會發(fā)現(xiàn)前者已經(jīng)變得冰冷，而且缺少關鍵的化學成分，微生物在這里存活的可能性很低。但科學家并沒有因此放棄。
回到2010年10月，研究人員前往廣闊的南太平洋，在庫克群島以西640多公里的地方開始探索。在這片孤寂的海域里，他們在距離船下5790米的地方，鉆入堅硬的海洋地殼。
Lever沒有參與此次研究，他說，由于鉆探現(xiàn)場上方的營養(yǎng)物質非常少，“水中幾乎不存在生命”，這里可以算是“全球海洋中最死氣沉沉的地方”。
研究人員在多個地點，從海底100米以下的地方提取了地殼核心樣本；最年輕的1350萬年，最古老的1.04億年。之后的十年里，Suzuki和團隊孜孜不倦地研究了這些巖石，發(fā)現(xiàn)在每個樣本，在很多富含鐵、全是粘土的細微裂縫中，存在生命。
充滿生命的“地下室”
為了確保樣本沒有被富含微生物的海水污染，研究團隊在打開之前，對巖石外部進行了仔細消毒。Zorzano說，巖石內(nèi)部的生物看上去是地殼里真正的居民。
這個環(huán)境處于580個大氣壓的壓力下，營養(yǎng)微薄，空間狹小，生命幾乎無法存活，然而龐大的高密度微生物群落卻生活在這些巖石里，足以證明微生物充滿了活力。
基因圖譜顯示，這些地殼中的群落主要是異養(yǎng)型細菌。生活在年輕的海洋地殼中的微生物可以依靠氫，但新發(fā)現(xiàn)的這些微生物無法合成自己的食物，只能從周圍環(huán)境中獲取。在這樣的情況下，有機物成了它們的能量來源。
異養(yǎng)型細菌的食物可能是從上方落下的海洋生物的排泄物和腐爛的尸骸，或者地殼自身帶來的非生物化學分解，像一些深海熱泉周圍那樣。Suzuki說，無論是哪種情況，它們被困在了全是粘土的細微裂縫中，為生命的誕生準備好了“神奇的材料”。
在這些古老的玄武巖里，科學家也發(fā)現(xiàn)了以甲烷為食的微生物。Lever說，甲烷的來源尚不清楚，但可能形成于年輕的海洋地殼，靠捕獲的二氧化碳存活。又或許，這些生物靠著幾千萬年前的剩余物活到了今天。
地外生命
古老的海洋地殼中存在微生物群落，這一點預示著火星上也可能有生命。內(nèi)華達大學拉斯維加斯分校的行星科學家Arya Udry沒有參與此次研究，她告訴我們，地球的大洋玄武巖與火星的玄武巖非常相似。
這一新發(fā)現(xiàn)是否會增加我們在行星鄰居火星相似的地方，發(fā)現(xiàn)類似生命的概率？“當然會，”Lever說。雖然來源不明，但火星上也有甲烷，這意味著南太平洋底發(fā)現(xiàn)的以甲烷為食、生活在地殼中的微生物，可能也以某種形式存在于火星上。
而且火星玄武巖的內(nèi)部和頂部也有蒙脫石，這種粘土礦物為很多陸地微生物提供了食物。Lever說：“如果火星上曾經(jīng)存在過生命，那今天的地下深處可能也存在?！?/p>
Zorzano說，如果有微生物為了避開表面的致命輻射，存在于火星內(nèi)部，那么我們可能很快就能找到它們。歐洲航天局羅莎琳德·富蘭克林火星漫游者預計將于2022年發(fā)射，在滿是粘土的地方著陸，這些粘土中富含有機分子，科學家將在此尋找生命特征。NASA的毅力號火星車計劃于今年夏天發(fā)射，在富集粘土的火山口收集樣本，并在未來十年里將把原始樣本送回地球。
這項新研究結果的意義甚至超出了太陽系。從海面上漂著的海藻，到陸地上的植物，地球上的很多生態(tài)系統(tǒng)都建立在光合作用生物的基礎上。但這些以甲烷為食的微生物可能僅從海洋地殼中獲取能量，它們的生態(tài)系統(tǒng)迥異于光合作用生物，但同樣成功。
Lever說，在宇宙中，這些微生物看似不同尋常的策略可能比我們想象的更常見?！霸诤棋钪娴钠渌胤?，很可能光合作用生物才是例外。”
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