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地球深处矿物研究为地外生命探索提供新的理论基础

送交者: An4dy[♂☆★★★声望勋衔15★★★☆♂] 于 2021-04-09 15:05 已读 400 次

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在青翠的地表和富含有机物的土壤下面，生命延伸到地球深层岩石地壳数公里处。地球深层地下有可能是地球上最大的细菌和古菌库之一，许多细菌和古菌形成了生物膜（biofilms），就像岩石表面的微生物涂层一样。

这种微生物种群在没有光和氧气、有机碳源极少的情况下生存，可以通过进食或呼吸矿物质获得能量。这些生物膜分布在整个深层地下，根据最新的估计，这些生物膜可能占大陆地下细菌和古生物总量的 20-80%。但这些微生物种群是均匀地分布在岩石表面，还是更喜欢在岩石中的特定矿物上繁殖？
为了回答这个问题，来自伊利诺伊州埃文斯顿西北大学的研究团队进行了研究，分析了地球深处地下环境中微生物群落的生长和分布情况。这项工作表明，宿主岩石矿物成分驱动生物膜分布，产生微生物生命的 "热点"。该研究发表在《微生物学前沿》上。

为了实现这项研究，研究人员来到地表下 1.5 公里处的深矿微生物观测站(DeMMO)，该观测站位于南达科他州铅市的一个前金矿内，现在被称为桑福德地下研究设施(SURF)。在那里，在地下，研究人员在富含铁和含硫矿物的原生岩石上培育了生物膜。6个月后，研究人员利用显微镜、光谱学和空间建模方法分析了新生长的生物膜的微生物组成和物理特征，以及它的分布情况。

研究人员进行的空间分析揭示了生物膜比较密集的热点。这些热点与岩石中富含铁的矿物颗粒相关，凸显了生物膜定植的一些矿物偏好。该研究的第一作者 Caitlin Casar 解释说：“我们的结果证明了生物膜定植对岩石表面矿物的强烈空间依赖性。我们认为，这种空间依赖性是由于微生物从它们定殖的矿物中获取能量”。

总的来说，这些结果表明，宿主岩石矿物学是生物膜分布的关键驱动力，这有助于提高对地球深部大陆地下微生物分布的估计。但领先的地下研究也可以为其他课题提供信息。

Casar 表示：“我们的研究结果可以为生物膜对全球营养循环的贡献提供信息，同时也具有天体生物学的意义，因为这些研究结果提供了对火星模拟系统中生物量分布的洞察力”。

事实上，地外生命可能存在于类似的地下环境中，在这种环境中，微生物既不受辐射也不受极端温度的影响。例如，火星拥有与DeMMO的岩层类似的富含铁和硫的成分，我们现在知道这些成分能够推动地下微生物热点的形成。