跨越时间的种族,日本发现存活逾亿年的微生物

2020
08/03

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壹曲 / 科研小芒果
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这一发现增加了对真核生物起源的想象,正如其中一位科学家所说,这些微生物在沉淀物中休眠了好几代,或者缓慢地生长而不分裂。

研究人员从深海沉积物中提取样本 | IODP JRSO

《自然·通讯》杂志28日发表的一项微生物学研究显示,埋藏在海底超过1亿年的微生物仍然存活。当样品被带回实验室孵化后,某些好氧的微生物开始繁殖,它们依靠从海洋表面扩散到海底深处的少量气体以某种方式存在于海底。

这一发现增加了对真核生物起源的想象,正如其中一位科学家所说,这些微生物在沉淀物中休眠了好几代,或者缓慢地生长而不分裂。

伍兹霍尔海洋研究所的微生物生态学家维吉尼亚·埃德科姆说,这项新的研究表明,“微生物的生命是非常持久的,而且常常能找到生存的途径。”

更重要的是,通过证明生命可以在生物学家曾经认为不适合居住的地方生存,足以表明了太阳系或宇宙其他地方存在生命的可能性。有微生物学家提出,如果某颗行星的表面看起来没有生命存在的希望,那么它可能会在地表下存在。

研究人员已经知道,生命存在于海洋的“地板下”超过15年。但是日本海洋地球科学技术机构的地球微生物学家Yuki Morono想知道这种生命的极限。众所周知,微生物生活在非常炎热或有毒的环境中,但它们能生活在几乎没有食物可吃的地方吗?

为了找到答案,莫罗诺和他的同事们在南太平洋环流区进行了一次钻探考察,那里是澳大利亚东部洋流交汇的地方,被认为是世界海洋中最死寂的部分,几乎完全缺乏生存所需的营养。当他们从海平面以下5700米深处提取粘土和其他沉积物的岩芯时,他们证实了样本中确实含有一些氧气,这表明细菌几乎没有有机物质可供食用。

为了探索可能存在的生命,该团队从钻孔的岩心中心提取了少量粘土样本,把它们放在玻璃小瓶中,并加入简单的化合物,如醋酸盐和铵。它们含有较重的氮和碳的形式或同位素,可以在活的微生物中检测到。在研究小组第一次将这些化合物加入到泥土样本的那一天起到557天后,再从样本中提取出少量的粘土,将其溶解看是否能够发现活的微生物。

一亿年前的粘土中分离出的细菌

这是一项具有挑战性的工作。一般来说,每立方厘米的海底泥中至少有10万个细胞。但在这些样本中,相同数量的沉积物中只有不超过1000个细菌。因此,生物学家们不得不开发出专门的技术,比如使用化学示踪剂来检测是否有污染的海水进入了样本,并开发出一种分析极少量细胞和同位素的方法。

结果显示,添加的营养物唤醒了各种好氧细菌,研究小组在《自然通讯》上报道,在这层有1.015亿年历史的地层中,这些微生物孵化65天后增加了4个数量级,达到每立方厘米100万个细胞以上。

去年,也有人在海底含氧沉积物中发现了1500万年前沉积物中的活细菌,但是相关专家表示,这项研究把它从地质时间上又推后了一个数量级。

对这些微生物的基因分析显示,它们属于八种以上的已知细菌群,其中许多常见于咸水中,在分解有机物方面起着重要作用。这表明,在极端能量限制的条件下生存是一种广泛的能力,这种能力可能是在早期进化的,因为那时微生物并没有太多的可利用有机物。

研究人员表示不知道这些生物在几百万年里一直在做什么,他们发现的大多数物种不形成孢子。孢子是一种不活跃的生命阶段,一些细菌在不利条件下形成。他们猜测,可能是这些细菌一直在缓慢地分裂,这将使本研究中分离的细菌成为数百万年前祖先的远祖后代。

在深海沉积物中只有极少的有机物,那里的微生物很可能只修复受损的分子。如果它们完全不分裂,它们就能存活1亿年,但这似乎不符合常理。相关研究者猜测,是否还有另一种未被识别的能量来源存在,使得细菌缓慢地分裂,它们很可能在被其他沉淀物掩埋时就被埋在这些沉淀物中。

研究人员指出,海底渗透性的降低和沉积物层的厚度似乎会阻止微生物在各层之间移动。他们总结表示,海底下面沉积物中的微生物群落可以至少保持代谢活跃状态长达1.015亿年。

此外,据今年一月份消息,另一组日本科学家经过十年探索,利用深海沉积物培养出一种神秘单细胞微生物并命名为“普罗米修斯”,旨在将帮助人类揭示复杂的真核生物的起源。


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关键词:
微生物,沉积物,生命,细菌

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