歷史上，智利阿塔卡馬沙漠的乾燥土壤被認為是沒有生命的。然而，由德國地球科學研究中心（GFZ）的盧卡斯-霍斯特曼（Lucas Horstmann）和德克-瓦格納（Dirk Wagner）領導的一組研究人員，與柏林工業大學和智利安託法加斯塔大學的同儕合作，現在在最乾旱的地區之一發現了一個以前未知的地下棲息地。

科學家利用新的DNA 分析技術在智利阿塔卡馬沙漠深處發現了多種微生物生命，為極端環境中的生物多樣性提供了見解，並對地外生命研究產生了潛在影響。永蓋-普拉亞，智利阿塔卡馬沙漠最乾燥的地區之一。資料來源：D. Wagner, GFZ

這是以新開發的分子DNA 分析方法為基礎的，這種方法可以集中提取和分析細胞內DNA。這些DNA來自活生物體或休眠生物體的完整細胞，因此可以檢測到棲息在深達4.20公尺的極乾旱土壤中的有生命力和潛在活性的微生物群落。這項發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS Nexus）上的研究，擴大了我們對乾旱、鹽鹼和營養缺乏等極端條件下接近生命極限的地區生物多樣性的了解。研究結果也對尋找其他星球上的生命有一定意義。

沙漠是地球上最大、最脆弱的生態系統之一。雖然那裡的條件最惡劣、最危及生命，但卻孕育著微生物生命。在沒有定期降雨的情況下，微生物利用礦物質和鹽分等土壤成分以及大氣中的氣體作為能量和水分來源，成為調解養分流動的最重要生態成分。

“微生物多樣性和分佈的研究對於充分了解微生物過程在維持沙漠生態系統生態平衡和功能性方面的核心作用至關重要，尤其是在氣候變遷背景下沙漠生態系統的未來發展方面。”

永蓋-普拉亞研究遺址：挖掘出的剖面坑和安託法加斯塔大學的實驗室手推車。圖片來源：L. Horstmann, GFZ

智利北部105,000 平方公里的阿塔卡馬沙漠被認為是世界上最乾燥的炎熱沙漠。因此，這裡非常適合研究這種棲息地。研究人員已經對水深約一公尺的淺水區進行了調查。在這裡，他們了解到這是一個可以抵禦紫外線輻射的利基棲息地，而且這裡仍有水源，微生物可以在這裡繁衍生息。

另一方面，迄今為止只有少數研究對沙漠土壤的深層進行了分析。因此，GFZ 地球微生物學組的博士生盧卡斯-霍斯曼（Lucas Horstmann）和博士後研究員丹尼爾-利普斯（Daniel Lipus），以及該組負責人、波茨坦大學地球微生物學和地球生物學教授德克-瓦格納（Dirk Wagner）領導的研究小組專注於研究這些土壤。其他同事來自柏林工業大學和智利安託法加斯塔大學。研究人員希望測試極度乾旱的阿塔卡馬沙漠深層沉積物是否也能成為特殊微生物的棲息地。

研究團隊在安託法加斯塔東南方約60 公里處的永蓋地區對土壤剖面進行了研究，分析了沿深度剖面的微生物多樣性及其與土壤特性的相互作用，該深度剖面既包括台地沉積物，也包括下面的沖積扇沉積物，最深處達4.2 公尺。為此，他們挖掘了一個土壤剖面，每隔10 公分採集一個土壤樣本，深度達3 米，然後每隔30 公分採集一個樣本，這些樣本被送往德國聯邦科學研究中心的實驗室進行分析。

為了檢測樣本中的生命痕跡，科學家使用了德克-瓦格納（Dirk Wagner）等人在德國科學研究基金會（GFZ）開發的分子DNA 分析新技術：使用一種特殊的提取方法，可以從樣本中只過濾出細胞內DNA，即來自完整和潛在活性細胞的DNA。為此需要使用各種化學試劑、離心機和過濾器。

瓦格納強調：「這種方法對極端環境中微生物多樣性的研究是一個重大改進，因為它有效地排除了死細胞DNA 產生的偏差，即使由於生物量較低而達到其他方法的檢測極限時，仍能提供有效數據。

透過對樣本進行細胞內DNA 萃取和隨後的基因定序，研究人員得以鑑定出深度達4.2 公尺的潛在微生物。在上層80 公分處，他們主要發現了屬於固著菌門的微生物，但它們的數量隨著深度的增加而減少，可溶性鹽的含量也隨之增加。研究人員猜測，高濃度鹽分和日益缺水也可能是微生物在沙丘沉積物下部停止定殖的原因。在這方面，他們的研究結果與先前的研究結果是一致的。

然而，霍斯特曼和華格納的研究團隊再次在兩公尺以下的沖積扇沉積層中發現了一個微生物群落。該群落比地表群落更加多樣化，很可能與地表完全隔離。它主要由屬於放線菌門的細菌組成，放線菌門是一個具有特殊成員的群體，通常存在於乾燥或原始的土壤中。

古剖面上部。資料來源：D. Wagner, GFZ

這些微生物的存在可能與水泡石膏的存在有關，水泡石膏可溶解成無水石膏，從而提供另一種水源。本研究觀察到的生物屬於可利用氫氣等微量氣體作為能量來源，並利用二氧化碳作為碳源進行生長的物種。

第一作者盧卡斯-霍爾曼（Lucas Hormann）說：「這種類型的新陳代謝被稱為化學溶解自養，其他研究表明，它對有機物作為碳源極其有限的極乾旱土壤非常重要。因此，對於本研究中調查的孤立的地下壁龕來說，它也可能是必不可少的。

總結與展望：令人驚嘆的沙漠生物多樣性及其對地外生命的影響

霍斯特曼總結道：「這個地下群落在兩公尺深以下的沖積扇沉積物中茁壯成長，顯示出驚人的多樣性和生態穩定性，它的發現挑戰了我們目前對沙漠生態系統的認識。 “

作者認為，該群落可能早在1.9 萬年前就已在土壤中定植，當時土壤還未被窪地沉積物掩埋，他們也假設該群落可能會繼續向下延伸一段未知的距離，這代表了超乾旱沙漠土壤中以前未知的深層生物圈。

合著者德克-瓦格納（Dirk Wagner）說：”鑑於旱地在地球上的廣泛分佈，在以前未開發的地下土壤中存在潛在的碳結合群落，不僅對沙漠中的生物多樣性，而且對全球範圍的元素循環都有深遠影響。

研究人員強調，這項研究的結果不僅對我們的地球有影響，而且也與正在進行的關於在其他行星上尋找生命的討論有關：”火星上存在類似於沖積扇沉積物中的石膏沉積物，這對天體生物學具有重大意義。生命的宜居環境。

編譯來源：ScitechDaily