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地下深處發現龐大生態系統:有以殭屍狀態存活的細菌

地下深處發現龐大生態系統:有以殭屍狀態存活的細菌

2019-01-07 Comments 0 Comment

據國外媒體報導,科學家在地表下方發現了一個龐大的、相互糾纏的微生物網絡,總規模達全球海洋體積的兩倍。科學家在海床下方鑽了一個深2.5公里的孔,結果發現了一片巨大的“深層生命”森林,可能已經存在了數百萬年之久。

1.jpg

地下深處的“殭屍細菌”與其它生命形式所含的碳元素總量堪稱驚人。圖為生活在地下1.4公里處的真核生物。

這些生物可承受驚人的溫度,能夠在毫無陽光、幾乎不含營養物質的環境中以“殭屍狀態”生存。

科學家認為,這些生物體內所含的碳總量可達150至230億噸,高達全球人類總質量的385倍。

來自全球各地的研究人員共同參與了這項為期十年的調查項目,結果發現地球上百分之70的細菌都生活在地下。由於這些細菌的分佈與太平洋上的加拉帕戈斯群島極為相似,科學家們將這一前沿領域稱為“地下深處的群島”。但與這座以野生動物和達爾文聞名的島嶼不同,這個全新的地下世界還是一片“處女地”,完全不曾受到過人類的破壞。

2.jpg

圖為一種以氫氣為生的微生物。科學家在南非約翰內斯堡地下約2.8公里處的一處充滿液體與氣體的裂隙中發現了它的存在。

就在美國地球物理聯盟即將舉辦年會之際,參與此次“深碳觀測站”(Deep Carbon Observatory)的研究人員公佈了地底深層的生命總量的估測值。

“探索地下深處有點於探索亞馬遜熱帶雨林,”海洋生物實驗室的米奇·索金(Mitch Sogin)表示,“四處都是生命,四處都充滿了意想不到的、罕見的微生物。”

科學家從地下5公里深處的陸地礦井和鑽井中提取了一些微生物樣本,並打造了一個隱藏於地底的生態系統模型。

目前生命達到的最深記錄約為陸地下方5公里,在海洋環境中則是海面下方10.5公里。

科學家認為,這個地底生物圈的規模約為20至23億立方公里,相當於海洋總體積的兩倍。其中囊括了地球上的三大生物類型——古細菌、細菌及原核生物。每立方公里至少含有7.5噸碳元素。

3.jpg

圖為一種可產生甲烷的微生物,發現於日本海岸下方約2公里處的一座地下煤床中。

古細菌是一種不含帶膜細胞核的微生物,在進化史上有著獨特的一席之地。科學家認為,這座龐大的地下迷宮中不僅有細菌,也有古細菌的身影。此外,一些原始真核生物(擁有帶膜細胞核的微生物或多細胞生物)也生存在此處。

細菌和古細菌是地球深處的主宰,一起構成了地球的“微生物暗物質”。

參與此次國際項目的科學家認為,這項發現將使人類在生命之樹上所佔的位置發生重大變化,地下生命的多樣性也許會超過地表生命。

長時間以來,科學家一直認為,地球上的生命存在形式存在一個絕對的限制,但隨著研究人員不斷發現越來越多的生態系統,這一限制始終不曾被確定下來。這一理論認為,溫度、壓力與能量的組合再多,地球生命的總量也一定存在一個無法超越的上限。

目前自然世界中能承受溫度最高的生物為Geogemma barossii,這是一種單細胞生物,生活在海底熱泉中。其細胞呈球型,能夠在高達121攝氏度的環境中生存繁衍。而相比之下,地表能達到的最高溫度記錄僅為71攝氏度,和一塊全熟的牛排差不多。

“深層生命也許對全球生物化學循環有著重大影響,因此也會影響到地表世界。”德國不萊梅大學的凱烏韋·海因里希(Kai-Uwe Hinrichs)指出。

但要想量化這種影響,我們還有很長的路要走。

“即使在暗無天日、缺乏能量的環境中,地下生態系統也能以獨特的方式不斷演化,並堅持數百萬年之久。”日本海洋地球科學與技術機構的Fumio Inagaki指出。

“對深層生命的進一步了解將啟發我們以全新的方式看待行星宜居性,讓我們得以弄清為何地球上能夠演化出生命、以及生命能否在火星表面或其它天體表面存續。”

科學家們之所以能做出這些發現,還要歸功於不斷降低的DNA測序技術成本,以及深海鑽井技術的最新突破。

“十年前,我們對主宰地底生物圈的細菌與微生物的生理知識所知甚少,”美國田納西大學的凱倫·勞埃德(Karen Lloyd)表示,“而如今我們知道,在地球上的許多地方,它們會將大部分能量僅僅用於維持生存、而不是生長,這種生活方式真是有趣。”

“我們如今還了解到,地下生命非常普遍。十年前,我們只在寥寥幾處地點進行了取樣研究,都是我們預期能找到生命的地方。但如今歸功於超深層取樣技術,我們幾乎在任何地方都能找到它們的存在。不過與整個深層生物圈相比,我們採集的樣本僅僅是九牛一毛而已。”(葉子)

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