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原来...我们的脚下,是巨大的地下生态系统

2018.12.18

  根据“deep life”研究的结果,地球远比我们过去认为的要活跃得多。这项研究揭示了在我们脚下存在一个巨大丰富的生态系统,它的面积几乎是地球上海洋总面积的两倍。

  尽管地下环境酷热、没有光照、没有营养且强烈的压力,但是科学家们估计,地下生物圈充满了150亿至230亿吨的微生物,这是地球上所有人体重的数百倍。

  深碳观测站(Deep Carbon Observatory)的研究人员说,地下的物种多样性可以与亚马逊或加拉帕戈斯群岛媲美,但与那些地方不同的是,它们仍然处于非常原始的状态,因为大部分的地表之下还没有被人类染指。

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  美国田纳西大学的助理教授Karen Lloyd说:“这就像是在地球上发现了一个全新的生命储藏库。我们一直在寻找新的生命,却发现如此大量的生命存在于地表下面,而非上面。”

  来自南非Kopanang金矿的不明线虫(Poikilolaimus sp)位于地表以下1.4千米处。图片来源:Gaetan Borgonie (Extreme Life Isyensya, Belgium)

  这个研究团队汇集了来自52个国家的1200名科学家,他们的学科范围从地质学、微生物学到化学和物理学领域。在他们为期10年的研究结束前一年,他们将所有的发现汇总到一起,然后将研究成果发表在美国地球物理学会年度会议上。

  研究样本取自超过五千米深的地表钻孔以及海底钻井,研究人员们用这些样本构建生态系统模型,并估算其可能含有的碳生物量。

  结果表明,地球上70%的细菌和古生菌都生存在地表下,包括生存在硫磺泉中的带刺的Altiarchaeales细菌,以及单细胞Geogemma barossii细菌,后者生存在海底热泉的喷口,这里的温度高达121℃。

  在地表下2.5千米处发现的一种生物已经埋藏了数百万年,它们的生存可能并不依赖于来自太阳的能量。相反,这种产烷生物拥有一种在低能量环境中产生甲烷的方法,它们可能并不使用甲烷进行繁殖或分裂,而是利用甲烷替换或修补受损的部分。

  在日本沿海太平洋海底2千米处的一个埋藏煤层的样本中发现的甲烷杆菌。图片来源:Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC)

  Lloyd说:“对我来说,最令我感觉奇怪的是,一些生物可以存在几千年。它们的新陈代谢保持活性,但是处于停滞状态,它们用于维持生命所需的能量比我们认为的要少得多。”

  美国俄勒冈州立大学微生物生态学家Rick Colwell说:“地下生命的时间尺度与我们完全不同。某些微生物已经生存了几千年,除了板块移动、地震或喷发之外,几乎没有运动 。我们人类以一个相对较快的过程进行时间定位,比如基于太阳的昼夜周期或基于月亮的月球周期,但是这些生命以地质学时间尺度的周期进行时间定位,这一过程非常缓慢,甚至是不变的。”

  地下生物圈也随着地质与地理的不同而不同。它们的总面积估计超过20亿立方千米,但这一数字在未来可能进一步扩大。

  研究人员表示,它们取得这些发现要归功于两项技术进步:一是能够深入地壳深层的钻孔技术,一是显微镜的改进,使生命能够在更加微小的水平上被探测到。

  科学家们一直在努力寻找生命不能存在的下限,但是他们挖得越深,发现的生命就越多。目前生命生存的温度极限是122℃,但是科学家们相信,如果他们继续探索和开发更复杂的仪器,这一纪录将被打破。

  但是仍然存在许多谜团,比如生命是从地下深层向上迁移,还是从地表向下迁移?这些微生物如何与化学过程相互作用?这些发现对于揭示生命和地球共同进化的方式意味着什么。

  科学家们说,这些发现已经涉及到了哲学和外太空生物学领域。

  卡内基科学研究所的矿物学家Robert Hazen说:“我们必须问问自己,如果地球上的生命与我们的经验不一致,那么我们在探寻其他世界的时候会遇到什么奇怪的事情呢?”


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