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未解之谜:深藏海底一亿年的细菌依然存活

2024-03-22 07:06
admin

来源:知社学术圈

日前,日本海洋研究开发机构(JapanAgencyforMarine-EarthScienceandTechnology)发表论文,报道了该机构的科学家成功的在实验室唤醒了一批古老、无声却又生机蓬勃的细菌,而它们的年纪……超过1亿岁。

染色后在镜头下闪烁绿色萤光的古老细菌染色后在镜头下闪烁绿色萤光的古老细菌

科学家一直以来都知道,有些细菌可以在非常极端的环境生存,如高温、氧气稀薄、有毒物质包围等。不过,最让微生物学家诸野佑树(YukiMorono)好奇的是:如果是在缺乏营养的环境,细菌能否依然生存?为了找到答案,诸野佑树和他的同事们在南太平洋环流地区进行了一次钻井考察,该环流是澳大利亚以东相交的洋流的地点,被认为是世界海洋中最缺乏生机的区域,几乎完全没有生存所需的营养物质。

2010年的综合大洋钻探计划(IntegratedOceanDrillingProgram,IODP)从海平面下5700米深处提取了不少沉积物和岩心样本,研究人员认为这些样本中可能含有数量很少的、处于休眠状态的细菌。但是想要想唤醒这批细菌非常不容易,如果操之过急,很容易就会损坏样本。诸野教授和团队先将培养环境降温至摄氏10度以下,模拟深海环境;向岩心中添加了稳定同位素标记的外部碳源,如碳酸氢盐、醋酸盐、葡萄糖、丙酮酸盐等,以便区分这些细菌是自营还是异营菌,并追踪生长情形。以这种方式给有可能存在的细菌“喂食”后557天,研究小组才提取了一些样本寻找可能存在的细菌。

岩心样本岩心样本

添加的营养物质唤醒了各种耗氧细菌。研究小组的论文中提到,在具有1.015亿年历史的岩心样本中,细菌的数量在65天后增加了四个数量级,达到每立方厘米超过100万个细胞。对这些细菌的遗传分析表明,它们属于八个以上的已知细菌种类,其中许多种类在海洋中广泛存在,它们在分解有机物方面发挥着重要作用。

新的问题出现了,没有人知道这群远古细菌究竟是如何生存下来的。在其他研究案例中,科学家发现有些细菌如果意识到身处环境不适合生存,就会形成内孢子(注:某些细菌或古菌会在环境不适合生存的时候产生“内孢子”,进入休眠状态。内孢子是有多层厚壁的高度浓缩构造,对抗生素、热、酸碱、辐射等有强耐受性,待环境转成适合生存时,细菌孢子会打破睡眠状态苏醒繁殖。)等待环境改善,待时间成熟才再次“苏醒”。但这并不是这批远古细菌采用的策略,大部分的细菌都没有形成内孢子,让科学家十分不解。

伍兹霍尔海洋研究所的地质微生物学家埃德格柯姆(VirginiaEdgcomb)指出,要具体判断这批细菌的年纪十分有挑战性,因为有些细菌可能和沉积物样本形成于同一时间,但有些细菌可能是上述细菌的后代。不过,美国罗德岛大学的海洋学家邓恩特(SteveD’Hondt)对这个说法持怀疑态度,因为细菌身处营养物质非常稀少的地区,应该鲜少有繁殖行为。而奥尔胡斯大学海洋微生物学家BoBarkerJørgensen认为,最重要的是研究结果表明“低食物和低能量似乎并没有为地球上的生命设定极限”。

新的研究成果不只令生物学家大受鼓舞,致力于在太空中寻找地外生命的科学家也从这项发现看见一丝曙光。北卡罗来纳大学教堂山分校的微生物学家安德烈亚斯·特斯克(AndreasTeske)说:“如果一个地外行星表面看起来没有生命存在,那么它可能会隐藏在地下。”。

需要特别指出的是,当时日本海洋研究开发机构带回的样本,还有更古老的样本尚未分析,那批样本的形成时间甚至可上溯至2亿年前,如果类似种类的细菌同样藏身其中,生命的生存极限将再度成倍延长。

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