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地表之下的神秘生物:它们才是真正的“地球改造者”

2018-11-06 22:25作者:网络整理来源:网络整理浏览次数:

编者按:本文编译自The Atlantic题为“Meet the Endoterrestrials”的文章,作者Douglas Fox。科学家一直希望寻找生命的起源,如今他们把眼光放在了地下世界的微生物上。它们外表难以分辨,却“悄无声息”实现了人类梦寐以求的氢能利用,并为地球陆地,矿藏及化石能源的形成做出了不可磨灭的贡献,指导人类寻找外星生命的痕迹。

2014年的1月12号,Alexis Templeton记得那天一个装满水的玻璃瓶竟像气球般炸开了。

Templeton开着越野车穿越Wadi Lawayni山谷布满石砾的颠簸路面,这个广袤的山谷终年干旱,横穿阿曼的延绵群山。她把车停在地面伸出的一个混凝土平台旁,那里标识了一个新近钻出的水井。Templeton揭开井盖,吊着水瓶深入阴暗的地下,尝试取得地底下850英尺深处的水样。

这个山谷四周被深褐色的岩峰环绕,质地如陶瓷般坚硬,但滚圆和下垂的外形看起来却像古时的泥砖废墟。它们原本处于地球深处,面积和西弗吉尼亚州相近,数百万年前由于板块运动“横空出世”。正是这些特别的岩石吸引Templeton来到阿曼。

她把水样从深井中取出,不一会儿,由于气压变化,水瓶发生了爆炸,水样像碳酸饮料般飞溅,但其中逸出的气体和汽水不同,不是二氧化碳,而是可燃的氢气。

Templeton是科罗拉多大学一名地质生物学家。发现氢气对她而言意义重大。“有些生物体非常喜欢氢气,并以此为生命基础”,尽管水样中的氢气不能直接证明地下生命的存在,但它能证明地底岩石可以成为部分生命的栖身之所。

越来越多科学家相信,在地球的深处孕育着形形色色的生命,Templeton正是其中一员。据估计,这些未确认的生命大概占到全球所有生命形式的十分之一以上,甚至高达半数。

在落基山脉,科学家曾发现有微生物生活在地底下6000英尺深的花岗岩;在海床沉积物中,恐龙时代的微生物的生命痕迹也得以重见天日;在南非的金矿,地下11000英尺的深处,一些微小的动物——细长的蠕虫,虾形节肢动物,长有胡须的轮虫也得以发掘。

人们常常把地球看作是一个实心的岩球,生命只在球面周围活动。但科学家眼中,地球更像个芝士球,里面的微生物终年不断地啃咬,腐蚀着坚固厚实的外壳。与人们想象中的进食不同,这些生物不用动口,在无形中就能获取营养:放射性元素的衰变能,沉入地核高压熔化的岩石,甚至一场地震,都能成为它们获取营养的手段。

Templeton为了寻找隐藏的生命来到阿曼。2014年的那场小爆炸让她有了强烈的预感:好像找到什么了。今年1月,她们重回阿曼,深入山谷,挖掘地下深处的岩石,试着找到生命的痕迹。

地表之下的神秘生物:它们才是真正的“地球改造者”

阿曼的冬季依旧炎热,一个下午,Wadi Lawayni山谷阳光普照,一阵阵低沉的咆哮震彻山谷。山谷中央有一台巨大的推土机,前面耸起一根钻杆,分秒不息地转动着。

五六个当地公司雇佣的印度工人带着安全帽操纵着地钻。Templeton和另外几个科学家以及研究生聚集在几码外的凉棚下,围着桌子仔细检查勘探工人每小时拿过来的岩芯样本。

地钻整整工作了一天,随着勘探深度的增加,挖出来的岩芯颜色渐渐有了变化。起初几英尺是橙黄色的,这是因为地表的氧气把岩石中的铁转化成了锈。当深度大于60英尺后,氧气的作用逐渐消失,岩石的外表变暗泛绿,并布满黑色的条纹。

“这石头太漂亮了”,Templeton带着乳胶手套,用手指感受石块表面的起伏。这些年,她为了工作曾乘船出海,到热带岛屿,高寒的北极等无数的地方。所以当她将太阳眼镜架在自己棕色的长发之上,我们看到了她晒黑的脸颊。

这块绿得发黑的岩石是在地球的其它角落几乎不可能观察到的。这些蕴藏于地球深处的岩石富含铁元素——但与地球表面的铁有所不同。地底的铁化学性质十分活泼,易与氧气反应。当这种岩石接触到地下水,水分子发生分解,氧原子被夺走,便形成了氢气。

由于反应后,岩石表面会留下黑白或青绿的蜿蜒条纹,因此地质学家称这个过程为蛇纹石化作用。蛇纹石化通常发生在人类无法到达的地方,例如大西洋海底以下几千英尺的岩石层。

不过由于阿曼的深层岩石被板块运动抬升得非常接近地表,因此蛇纹石化只发生在地底下几百英尺以内的区域。引起2014年那次水瓶爆炸,不过是十分轻微的蛇纹石化作用。在同一地区,数年前也曾开凿过一座水井。然而过高的含氢量让其成为了危险的爆炸源,因此政府用混凝土将其彻底密封。

氢气是一种特殊的资源,能用作航天燃料,推动宇宙飞船航行。它是地球上能量密度最高的天然化合物之一,这让氢气成为地表之下微生物重要的营养来源。微生物细胞中的酶可以精确地控制氢气的消耗,让反应处于温和可控的状态。

但好比人类吸入氧气进行代谢,微生物还需要一些助燃物,才能从氢气中获取能量。找出微生物如何在贫氧的地底进行代谢的答案,就成了Templeton的关键任务。

挖掘现场,Templeton指着桌子上一小簇黄色的晶体,突然惊叫:“看,有金子!”然而它的立方结构“出卖”了她:这是一种“愚人金”,叫做黄铁矿,由铁与硫元素组成,是生命必须的矿物质之一。由于黄铁矿晶体可以在微生物排出的废物中聚集而成,Templeton认为她看到的晶体可能正是微生物代谢的副产物。

回到科罗拉多后,她小心地处理收集回来的晶体,将其切割成透明薄片,用显微镜进行观测。如果这些黄铁矿晶体是生命的产物,那么“肯定有微生物聚居于此”,她希望能发现微生物的化石结构。

“海底二万里”

长久以来地质学家注意到,海床下数百公尺深处的黑色玄武岩上布满了火山玻璃,在显微镜观测下,往往能发现奇怪的蚀坑与孔道。“我们从未想过这是生物的作用。”来自加州斯克里普斯海洋研究所的火山学家Hubert Staudigel如此说道。

1992年,来自挪威卑尔根大学的一名年轻科学家Ingunn Thorseth,提出猜想,坑洞在地质上类似蛀牙:微生物以玻璃中的铁元素为生,因此造成了一定的腐蚀。Thorseth还发现了有力的证据:在海床下3000英尺深处的岩石标本中,他们发现了在坑洞中凋亡的微生物。

该研究公开时,Templeton还未进入这个领域。她在1996年获得了地质化学的硕士学位,随后在加州的劳伦斯伯克利国家实验室供职,在那里她发现,一些微生物能够快速消耗残留在前海军基地土壤的飞机燃料,以维持生命活动。数年后,她在斯坦福大学进行了博士阶段的学习,研究了地底微生物对铅,砷等污染物的代谢机制。

2002年,她来到斯克里普斯,与生物学家Bradley Tebo和Staudigel共事。他们试图搞清楚一个问题:海床玄武岩的铁及其它金属是如何维持微生物的生命?

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