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  将新闻进行到底

  汉斯·罗伊的海洋研究船正将一份沉积物样品从海底打捞出来。罗伊称,这种微生物在我们人类的眼里看来就像是“假死”。

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  科学家们发现了深埋于海底之下红色黏土中的一种微生物,它靠着极其微量的氧气存活,至今已经有8600万年之久。据英国每日邮报报道,近日刊登在《科学》杂志上的一项新的研究报告说,这些微生物所用的氧气是如此地少,它们仅勉强能算作是有生命。

  8600万年,这就意味着它们从恐龙时代存活至今。早在上世纪90年代人们便已经知道,某些微生物可以在海底沉积物中存活数百万年,但是直到最近人们一直不清楚这些微生物究竟是以什么为生的。研究这些微生物及其生存环境,还能够帮助人们了解更多关于远古时代的情况,例如古生物学和古环境学。总而言之,这项研究总能刷新我们对“生命”的定义。

  ———— 寻 找 ————

  它们藏于深海沉积物中 通过消耗氧气量才能了解其生存情况

  据介绍,地球的单细胞生物中大概有90%是被埋在海床下生活着的。由于这些微生物是以如此的慢动作生活,因此科学家们要等1000年才能注意到深海微生物所发生的任何变化。在一次沿着赤道并进入北太平洋环流(一个位于北太平洋的强力水流系统)的航行考察中,丹麦奥胡斯大学的地球微生物学家汉斯·罗伊的团队深入海床之下,从太平洋环流系统中的沉积物柱中采集了淤泥样本。

  为了锁定生命的能量下限,检测了北太平洋环流系统下的泥土。太平洋环流覆盖了太平洋大部分区域,是世界五大海洋环流系统之一。在这里,事事都以缓慢的速度变化着。从大陆冲刷下来的泥沙很少能到达那里,因此海底累积沉积物的速度相当缓慢。海底之下30米的泥土是8600万年前沉积的。

  这种泥土中含有的以养料形式存在的能量极少,本应无力支撑一个生物群落。不过,有人曾在海底之下能量略微丰富些的地方发现过微生物。罗伊是有关这项研究论文的第一作者,他介绍说:“这个环流系统不断循环转动,构成一个相对封闭的环。其内部的海水和外部的海水交换很少。”因此在这一环流周边及其下方的沉积物淤泥,是地球上营养物质最贫瘠的区域之一。他们在11处地点收集了栖息在淤泥中的细菌样品,每一处样品的取样地点都位于北太平洋环流覆盖下深处的淤泥沉积物中。

  罗伊的研究小组使用他们的氧探测器来考察各个沉积层中的氧气含量,由于这些微生物会消耗氧气,这种方式可以了解它们的生存情况。在显微镜下,他们发现了一个由数量极端稀少的细菌和被称为“古菌”的单细胞微生物组成的群落。罗伊说:“在1立方厘米的沉积物中只有1000个微小的细胞,因此找到一个简直就像大海捞针。”

  罗伊的团队发现,这里的深海沉积物细菌正在主动地消耗氧气,尽管是以极其缓慢的方式,但这至少证明它们还活着。除此之外小组还发现这些微生物以同样和它们一同被困在淤泥中的有机物质为食。根据测量数据进行的计算显示,这些细菌大约每数百年至数千年才繁殖一次,这样的速度并不令人惊讶,其它一些生命体,如海绵,可以存活更久。

  罗伊说:“它们离开地表时恐龙正统治着地球,而直到现在,它们仍在慢吞吞地吃着自己的午饭。”而一项最新研究指出,这些微生物并不是孤独的:这种微生物可能是这颗星球上最常见的有机体,构成了地球上90%以上的单细胞生命体。

  ———— 惊 叹 ————

  它们拥有最慢的新陈代谢速度

  在没有任何新鲜的有机物供给的情况下,一些微生物能够在海底沉积物下存活数百万年,这是科学家们早就知道的事实。按照每100年1毫米的沉降速度来说,在太平洋北部的环流,微生物新陈代谢的速度可以让沉积物在海床下数米都保持氧化状态。

  沉积物柱在海底以层层叠叠的方式积累,它们可以深达数公里,最新的物质位于顶部而最老的物质则位于底部。“就像你想象一粒沉积物的颗粒落在表面上,一千年以后,另一粒颗粒才会再落下来。”罗伊这样描述这种速度。由此,形成一片薄薄的沉积物断层需要上百万年。

  “它们在8600万年前就在这片沉积物的表面开始吃他们的‘午餐’,就好像他们在一口一口地咬一个馅饼,咬成一半,再一半,但没有谁吃到最后一口碎屑。这简直难以置信。”罗伊这样形容道。

  这些微生物对其沉积物生物质的周转速度为几百年至几千年一次。这可能反映的是细胞分裂的速度,但它也可能只是表明一个为期1千年的细胞修复周期。在最低限度情况下,微生物需要能量来维持其跨膜电位并维持其酶和DNA的运作;罗伊及其同事怀疑这些微生物种群可能生活在维持生计所需的最低能量要求的水平从而得以存在,但他们还没有任何的具体证据。

  罗伊和他的同事将这些研究成果发表在最近的《科学》杂志上。他们称,这种细菌可能拥有世界上最慢的新陈代谢速度,用极少的氧气和营养就能够维持生命。“我的体重是140磅,我每天吃的东西有几磅重,所以要是吃掉

  和我体重一样那么多东西的话,需要个把月。而这些细菌却需要几千年!”罗伊这样描述。

  发现这些“慢动作”家伙的科学家不止罗伊一人。位于日本南国市的海洋研究开发机构的诸野祐树最近研究了日本附近太平洋海底之下的类似的低能量微生物群落。罗伊说,由于它们的新陈代谢速度异常慢,单个细胞可能拥有极长的寿命。有些细胞看似完好无缺,但要完成细胞分裂产生子细胞,它们中的每一个都要花数百或上千年的时间来积聚足够的能量。这意味着细胞中有一些年龄或许已有数千岁了。

  在地球上的其他地方,生命存在的主要目的是为了维持繁殖而积累足够多的能量。不过在能量极端贫乏的群落中,繁殖没有那么大的意义,因为这会创造出也需要食物的新对手。他说:“如果你只能勉强满足自己的能量需求,那分裂成两个无异于自杀。”他认为,这些细胞用它们积聚的能量来修复在几个世纪的使用过程中受损的细胞分子比用这些能量来维持细胞分裂更有意义。

  ———— 探 索 ————

  地下深部有个生物圈

  海底微生物已经不是第一次引起科学家们的关注了。此前,日本海洋研究开发机构地球内部变动研究中心与英国Southampton海洋研究所利用深海无人探测器,在探测一万米深的马里亚那海沟时,从海底的表层堆积物中首次分离出带壳的海生单细胞生物有孔虫类。它们在分类学上全部是未记载的新种类,通过遗传基因分析显示,新发现的带壳有孔虫类与现在海洋中常见的带壳种类大约在8至10亿年前走上了两条进化道路,可称为海底的活化石。

  深海海底是黑暗、低温、高压和营养极度贫乏的极限环境,与太空一样,是人类很难到达的地方。科学家一直认为,海洋生物在浅海分化后,经过进化有了巨大变化,而在深海海底存在很多仍然保持着远古特征的生物种类。

  越来越多的事实表明,在地壳深部到处都有微生物活动,存在着一个地下深部生物圈。深部生物圈处于极端特殊的环境中,高温、高压而且生存空间极小,地下深部生物圈主要是化能自养微生物。深部微生物的代谢速度低于地球表面的生命,大部分非常缓慢,甚至基本处于休眠状态。

  地下深部生物圈是地球生物圈的一个重要部分。迄今只有其中的一小部分受到鉴定。围绕地下深部生物圈的起源、多样性和深度范围等问题都存在争论,对于它我们还知之甚少。研究地下深部生物圈在生命起源理论上有着极大意义,它的物理与化学环境,如高温、高压、缺氧、丰富的还原性物质等,同生命起源时的环境十分相似。深部生物圈存在着最原始的生命形式,是研究生命起源的理想场所。在其他许多星球,如火星、木卫二也存在类似环境,内部具备液态水存在的温差范围,有丰富的碳氢化合物,研究深部生物圈对于探索寻找地外生命也有重大意义。(记者 姜晨怡)