海底深处，沉积物中充满了奇怪的僵尸状微生物。虽然从技术上来说它们是活的，但它们是以慢动作生长的，一个单细胞分裂可能需要几十年的时间——这是它们明显的表亲在几分钟内就能完成的事情。伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)的一项新研究开始通过检查它们的“食物”来源——附近的有机碳分子来确定它们是如何生存的。这项研究有助于进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日发表在《自然地球科学》杂志上的一篇论文中，WHOI科学家研究了在北大西洋和南太平洋中部的诺尔号和雷维尔号上采集的长岩心样本。通过使用高强度x光分析核心沉积物，研究人员发现它们含有低水平的有机碳分子——来自长期死亡生物的古老蛋白质——在沉积物中保存了2500万年。
正常情况下，这样的碳会很快被微生物带走。大西洋和太平洋中部的深海沉积物并不多，这使得它们成为微生物难以生存的地方。任何偶然发现它的细菌都会被视为一场小盛宴。但由于某种原因，附近的微生物并没有充分利用这笔横财。
“从纯化学的角度来看，它们应该能够代谢所有的碳，但它们不能，”论文的第一作者艾米丽埃斯特斯说，她目前是特拉华大学的博士后研究员。在研究期间，埃斯蒂斯是麻省理工学院-WHOI联合项目的博士生，直接与合著者科琳汉瑟尔合作。
她补充说，碳的存在是不寻常的，因为沉积物中也含有氧气。通常，在那里生长的微生物类型使用这两种化学物质。氧气是生物体新陈代谢和其他生化反应的一种“燃料”；碳为这些反应提供了原材料，让细胞重建自己的结构和细胞器。但是在深层沉积物中，它们之间的平衡出奇地不平衡。
酯说，目前还不清楚为什么剩余的有机碳仍然存在，但她的研究已经排除了至少一种现有的解释。先前的研究表明，微生物不会“吃掉”多余的碳，因为它是一种无法代谢的形式。然而，Estes和她的同事发现有机碳的形式可以用于微生物，并且在整个沉积物中具有基本相同的结构。相反，她说，一个更合理的答案是碳与沉积物中的矿物质融合，使其无法使用。她还提供了第三种，也可能是最重要的机制：微生物无法物理接触到多余的碳。在海底深处，这种食物来源分布稀疏，微生物太慢，无法广泛搜索。
“从微生物的角度来看，碳可能遥不可及。当你生活在没有太多能量的情况下，就像这些生物一样，游泳或爬行可能很难找到它，”WHOI的微生物地球化学家科琳汉瑟尔说。
“我特别兴奋的是，这项研究可以帮助我们理解普通生命的一些局限性，无论是在海底还是在另一个星球或月球上，”她补充说。“在考虑可能支持地外微生物生命的条件时，物理环境可能和化学环境一样重要。生活在物理分离、低扩散营养岛环境中的微生物根本无法利用能量增长。”
该研究得到了美国能源部、国家自然科学基金暗能量生物圈研究中心和国家自然科学基金海洋科学部的支持。
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