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马里亚纳海沟里疑似存在微生物群落,暗示木星卫星上或有生命

环境自然|2020-5-16 08:33

来源:国家地理|304人参与|0评论

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马里亚纳海沟里疑似存在微生物群落,暗示木星卫星上或有生命

  2012年,在代号为“深海挑战”的科考行动中,科学家在海面一万多米之下马里亚纳海沟的赛琳娜海渊里发现了细丝状的结构。据科学家推测,这种附着裸露岩石上的东西可能是一个微生物群落

  图源:KEVIN PETER HAND

  撰文:NADIA DRAKE

  每当科学家们在地球上最不适宜生存的地方,如酸性温泉里、令人窒息的地下洞穴中、海底下数亿年前的岩石上寻找生命的时候,他们常常会发现适应极端环境的微生物。现在,科学家对马里亚纳海沟底部开展“深海挑战”科考后的研究表明,海洋的最深处也能为多种生物提供能量

  科学家们在用一个机器人着陆器探测海沟深处的赛琳娜海渊时,发现了附着在海渊岩石上的微生物群落存在的证据。科学家以前曾在马里亚纳海沟的泥浆里发现过微生物和更大的生物,如虾形的片脚类动物。但与这个深海水域的其他生物不同,这些微生物似乎以海底岩石与水反应时产生的化学物质为食。该研究团队将此发现发表在了《Deep-Sea Research I》期刊上。

  由于这层毛绒绒的绿色微生物并不依赖上方游动的任何生物,不禁令人想到,外太阳系的一些卫星,比如木卫二和土卫二的海洋深处可能也存在这类外星生命形式。

  该研究论文的合著者、著名导演、国家地理探险家詹姆斯·卡梅隆(James Cameron)在电子邮件中写道:“这让我们窥见了此时此刻几十亿千米外可能存在的生命;也让我们穿越时间窥见了四十亿年前生命本身起源的时刻。”

  这些微生物可能代表着迄今为止发现的最深的化能合成群落。它们以海平面下10000多米处的地质过程产生的微粒为食。该研究论文的第一作者、美国宇航局天体生物学家、国家地理探险家Kevin Hand说:“在我们海洋最深、最暗、最高压的地区发现这种推定的、化能合成的微生物生态系统,将指引我们探究木卫二海洋里潜在的可居住性。”

  然而,Kevin Hand及其他专家谨慎地认为,这次发现是基于海床的图像、海水及沉积物的样品而做出的,还需要从这些纤细的材料中取样才能确认。

  “他们其实并没有取到微生物垫本身的样本。”美国宾夕法尼亚州州立大学的地球微生物学家Jenn Macalady曾在水下洞穴发现过外观类似的微生物群落,但她并未参与本研究。不过,她说,这些毛绒绒的小块很可能是活的。

  她说:“我在地下很多黑暗的地方见到过类似这个的东西。它非常像是我曾在加勒比的水淹洞穴里见到过的黏泥。”

  海底之旅

  马里亚纳海沟位于西太平洋,是构造缝里一个弯曲的裂口,巨大的太平洋板块在此处下沉到较小的马里亚纳板块之下。这条海沟非常深,即使把珠穆朗玛峰放进去,距离海面也还有一千米多。无论海沟里存活着什么,它都必须忍受永恒的黑暗、略高于冰点的低温、比在地表大1000倍的压力。

  2012年,在国家地理参与资助的科考行动中,Kevin Hand与卡梅隆来到了马里亚纳海沟所处的海域。此行中,卡梅隆首次独自一人下潜到海沟最深的位置:挑战者海渊。在海面以下10908米处,他看到的是一片极为乏味的海景,到处漂浮着米黄色沉积物,几乎看不到生命迹象。

  卡梅隆说:“我们在挑战者海渊底部并没有找到多少肉眼可见的生命。”不过,随后,就在当次科考中,该团队把一个电话亭大小的遥控着陆器放进了附近深达10677米的赛琳娜海渊。他们之所以选定这个世界第三深的地点,是因为此处地震活动频繁,火山活动可能也频繁,而且由于洋流的原因,该海渊的营养物质可能比海沟其他位置更丰富。

  综上,这些特质暗示赛琳娜海渊可能蕴藏着“比马里亚纳海沟其他地方更具活力的生物存在。”该研究论文的合著者、夏威夷大学的Patricia Fryer说道。他曾对该地带进行过密切研究。

  海洋深处的化学反应

  当着陆器停靠在一个斜坡上后,它搭载的摄像机首次拍摄到了海沟底部附近黑暗的沉积物之外的东西。迎接深海着陆器的是一团岩石,要么是突出沉积物之上的一个岩层,要么是从上方崖壁上滚落的一堆乱石。不管是什么,这些岩石或许都曾在地幔的熔炉中锻造,然后因地壳变动而被向上挤出来。

  Kevin Hand说:“在这次下潜之前,我们没在那个深度发现过真的原生岩石的痕迹,无论是突出的岩层还是乱石堆。这次下潜很重要的原因是,我们想要了解帮助那里的微生物生态系统生存的地质和地球化学环境。”

  如无法获得阳光来进行光合作用,微生物有几种方式生存。Macalady介绍说:“要么,像个回收站一样,咀嚼某些现成的食物,比如,从海面附近阳光能照到的水域掉落的食物;要么,就依赖岩石和溶解在水里的物质存活。”

  几十年前就有人在马里亚纳海沟发现过第一种微生物。但这次的新研究提供证据表明存在另一种生命,依靠岩石的化学反应而存活。

  在洞穴和地球其他黑暗的角落里,当富含铁和镁的岩石遇到海水,一个名为“蛇纹石化”的化学反应就能为微生物的新陈代谢提供能量。该化学反应能提供少量的热,并产生如甲烷和氢气之类的混合物,供微生物新陈代谢。

  “依靠蛇纹石化作用生存的细菌群落全然不同,甚至能在依靠太阳能的生命不能存活的地方生存。”卡梅隆说道。

  研究团队在赛琳娜海渊的岩石中发现了明显的蛇纹石化迹象,包括海水的化学成分和岩石本身的可见变化。因此,这个地方似乎有化能合成微生物所需的燃料。尽管这片海域的压力大到足以压垮一艘军用潜艇,但在美国宇航局艾姆斯研究中心的Penelope Boston(并未参与本研究)看来,微生物那么小,压根儿“不甩”这些极端的力量。

马里亚纳海沟里疑似存在微生物群落,暗示木星卫星上或有生命

  这张对赛琳娜海渊样本的扫描电镜图像里,可以看到一些细丝与富含碳的结构存在关联,可以理解为微生物群落存在的疑似证据。

  图源:KEVIN PETER HAND

  生命的图景

  当研究团队把着陆器拍摄的图像放大后,奇怪的东西出现了:岩石上附着有绿色的、下垂的、像手指一样的细丝。该团队推测这是一个微生物垫,即由许多层细菌形成的复杂结构。

  Kevin Hand说:“我们最初把它称作是赛琳娜海渊里长胡子的岩石,因为那看上去就像是海底的长胡子。”

  该团队推测,如果这确实是微生物垫,那么,它们单纯进食蛇纹石化的化学副产品,其生存与从上层漂落的物质无关。这些微生物单靠海床的地质过程产生的能量与化学物质来生存,可能类似于地球最早的生命或可能存在于木卫二冰封海洋下的微生物。Kevin Hand称,那里的海洋深达160多千米,而木卫二上较小的引力则意味着该深度的压力几乎与地球海底的压力相同。

  卡梅隆说:“赛琳娜海渊的发现,使我们对我们可能在外星海洋里发现的东西知晓了很多,但这只是第一眼。通过研究我们自己海洋的最深处,我们将学会建造将来探索外星深海所需的载具和设备。”

  Kevin Hand认为,马里亚纳海沟里假定存在的微生物,还可能是海洋最深最暗处食物链的基础,喂养着片脚类动物等小生物。但是,如果没有这类毛绒绒物质的样本,科学家也无法绝对断定该结构就是活着的微生物。

  “我曾花很长时间盯着海底,把一个物体想成某个什么东西,而透过相机镜头或舷窗之类东西来观察的我,却常常犯错。”伍兹·霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)的Julie Huber说道,“真正地采集样本并进行研究是极其重要的。”

  着陆器从海水中收集到的诱人证据暗示,在哪些毛绒绒的岩石附近存在大量微生物物种。这些物种在深海的其他地方也很普遍,其中包括红杆菌科、希瓦氏菌科的物种。

  Penelope Boston说:“马里亚纳海沟非常深,但它也是海底。所以,它与其他海底并无不同,只是更深一些。在微生物看来,大概那里还是个生存的好地方。”

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