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马里亚纳海沟疑似微生物的物质暗示了木卫二或土卫二可能的生命样貌

发布时间:2020-05-30 14:15:03   来源: 百度    

这些被认为是微生物群落的细丝状结构物,是在2012年前往马里亚纳海沟(Mariana Trench)的「深海挑战」期间,在水深达1万668米的瑟琳娜深渊(Sirena Deep)的岩石露头上观察到的。 PHOTOGRAPH BY KEVIN PETER HAND

一张瑟琳娜深渊取得样本的电子扫描显微照片,里面能看到微小的细丝紧密结合着富含碳的结构,因而被当作可能是微生物群存在的证据。 PHOTOGRAPH BY KEVIN PETER HAND

(报道)据美国国家地理(撰文:NADIA DRAKE 编译:蔡雅铃):科学家在2012年的「深海挑战」(DEEPSEA CHALLENGE)前往了海洋最深处,并在远征期间发现了疑似是细菌群落的绒毛丛附着在岩石上。

每当科学家要寻找生活在地球最不适宜居住之地的生物时,常常发现微生物能够适应这些极端环境──例如酸性热泉、窒闷的地底,以及几亿岁的海底岩石。 而现在,前往马里亚纳海沟(Mariana Trench)底部的深海挑战(DEEPSEA CHALLENGE)远征的研究显示,这片海洋最深的领域也能供各式各样的生物组合生存。

在利用自动着陆器(robotic lander)探索海沟的瑟琳娜深渊(Sirena Deep)时,科学家发现了他们认为是生长茂盛的微生物群落,依附在这片深渊中的岩石上的证据。 以前在马里亚纳海沟的泥里,曾经发现过微生物和如虾状的端足类(amphipods)这类较大的生物,不过和深海中其他以「海洋雪」(编按:marine snow,指像雪花般不断沉降的有机物碎屑)维生的生物不同,微生物的食物来源,似乎是海底岩石和水发生反应后所产生的化学物;该团队在《深海研究I》(Deep-Sea Research I)期刊上发表了这个结果。

因为微生物不靠那些在上面游泳的生物过活,这些附着在岩石露头上的绿色绒毛丛或许可以提供线索,告诉我们能存活在外太阳系卫星深海中的生命型态是什么样子,这些卫星包括木星的卫星木卫二(Europa),或土星的卫星土卫二(Enceladus)。

「现在我们能稍微知道在几十亿公里外的地方,生命可能以何种方式存在。 」这个研究的共同作者、制片人及国家地理探险家詹姆士. 卡梅伦(James Cameron)在电子邮件里写道:「而且或许也能追溯到40亿年以前,生命刚出现时的情况。 」

这些微生物可能是目前所发现的深度最深的化学合成(chemosynthetic)群落,它们的食物来源,是在海平面下超过10.5公里处发生的地质作用释放出的分子。 「我们发现了一个推测是微生物的生态系,靠着化学合成作用繁茂地生长在最深、最黑、压力最高的海底。 这次发现可当成一个指南,告诉我们在木卫二的海洋中居住的可能性。 」凯文. 韩德(Kevin Hand)说,他是美国航天总署(NASA)的太空生物学家、国家地理探险家,以及这份新研究的主要作者。

然而韩德和其他专家也警告,这个根据海底照片和海水以及海洋沉积物样本的发现,必须等到收集到那种细丝状物质的样本,才能确认结果为真。

「他们没有实际取得那团毛丛的样本。 」宾州州立大学(Pennsylvania State University)的地球微生物学家珍. 马卡拉帝(Jenn Macalady)说,她在水下洞穴看过外型类似的微生物群落,不过并没有参与这份新研究。 尽管如此,她说,这些绒毛丛块非常可能是活的生物。

「我在非常多地底阴暗处看过像这样的东西,」她说。 那「看起来很像我在加勒比海(Caribbean)地区水淹的洞穴里看到过的黏质物。 」

海底之旅

在西太平洋靠近关岛的地方,马里亚纳海沟是一道弯曲的裂口,位于巨大的太平洋板块潜入较小的马里亚纳板块的板块接合处。 这个海沟是如此之深,如果把圣母峰(Mt. Everest)沉进去,山顶还距离海面1.6公里以上。 在这里存活的生物都必需忍受无尽的黑暗、刚好高过冰点的温度,以及超过地表1000倍的压力。

在2012年国家地理赞助的远征中,韩德和卡梅伦航行到马里亚纳海沟上面的海域。 在这趟旅行中,卡梅伦第一次单独下潜到海沟最深处──挑战者深渊(Challenger Deep)。 在它的底部、海平面下1万908米的深处,他看到的是极度单调的景色,只有漂流的米色沉积物和稀少生物。

「我们在挑战者深渊底部没发现什么肉眼可见的生物。 」卡梅伦说。 但稍后在这趟远征里,这个团队放了一个电话亭大小、可遥控的着陆器到瑟琳娜深渊,它在这道海沟附近,深度达1万677米。 他们选择这个地点──海洋深度全球第三──是因为这里地震活跃、可能有火山活动,而且可能因为有海流而营养比马里亚纳海沟其他地方丰富。

这些性质加起来显示出瑟琳娜深渊可能比马里亚纳海沟其他地方藏有「更旺盛的生物表现。 」该研究的共同作者、夏威夷大学(University of Hawaii)的帕特里克西亚. 弗莱尔(Patricia Fryer)说,她曾仔细地研究过海沟的这个区域。

深海里的化学反应

着陆器抵达了一个斜坡,它的摄影机显示这边首次发现海沟底部灰暗沉积物以外的东西,一堆从沉积物中探出头或从上方悬崖掉落的的岩石,在那迎接着深海着陆器。 无论是哪一种,这些岩石都曾经在地球的地函(mantle)熔炉里锻造,然后才被移动的地壳推挤上来。

「在这次潜航之前,没有迹象显示真的有天然岩石──例如岩石露头或碎圆石堆──出现在那种深度,」韩德说:「这点很重要,因为我们想要了解是什么样的地质和地球化学环境,可能帮助了那边任何得以存活的微生物生态系。 」

无法接触到阳光来进行光合作用的微生物有几种方法来维持生命。 「有一种是成为资源回收者,吃那些别人做出来的食物,」例如从接近海表面的透光层沉落下来的食物,「或是以岩石和各种溶解在水里的物质维生,」马卡拉帝说。

数十年前就发现第一种在马里亚纳海沟的微生物,不过这份新研究提供了证据证明另一种型态的生命,它们靠岩石发生的化学反应产物维生。

在洞穴或地球的其他阴暗角落里,富含铁与镁的岩石接触到海水后会发生一种叫做蛇纹石化作用(serpentinization)的化学反应,它已经被证明能推动微生物的新陈代谢。 这种反应会产生微量的热,并且制造出甲烷和氢等可供微生物新陈代谢的化合物。

「靠蛇纹石化反应生活的细菌群落是个完全不同的故事,而且在它们能够在靠阳光的生物无法存活的环境里生存。 」卡梅伦说。

这个团队在瑟琳娜深渊的岩石上发现了蛇纹石化作用的明显征兆,包括海水的化学反应上和岩石上可见的变化。 因此,这个地点似乎能提供化学合成微生物所需要的刺激因素。 而且虽然这里的海水压力大到足以压扁一艘军事潜艇,但是微生物小到可以「毫不在乎」这种极端的力量,潘妮洛普. 波士顿(Penelope Boston)说,她是NASA艾姆斯研究中心(Ames Research Center)的太空生物学家,没有参与这份研究。

生物的照片

当研究团队放大着陆器拍到的照片时,某样奇怪的东西跳出来:呈手指状下垂的绿色细丝附着在岩石上。 研究团队怀疑这团东西是由许多层细菌构成了复杂结构的微生物丛。

「我们一开始说它们是瑟琳娜深渊里长胡子的岩石,因为它看起来很像海底的一丛胡须。 」韩德说。

研究团队怀疑,如果这些东西真的是微生物丛,代表它们能完全依靠蛇纹石化作用的化学副产物,而不靠从上层海水漂落下来的物质存活。 这些只倚赖海底的地质作用产生的化学物质与能量生存的微生物,可能非常类似于地球最初的生命──或是那些可能存在于木卫二冰封的海洋里的微生物。 韩德说那里的水深高达161公里,不过由于这个卫星的重力较小,那里的压力会和地球海底相差无几。

「这项在瑟琳娜深渊的发现,告诉了我们许多可能在外星海洋里发现的事物,不过它还只是一个很初步的发现,」卡梅伦说:「透过研究我们自己的海洋深处,我们能学会如何造出探索外星深海所需的运载工具和仪器。 」

在马里亚纳海沟里被认为是微生物的这种物质,还可能是在海洋最深、最黑暗地区的食物链的最底层,韩德说,也就是成为虾状的端足类等其他动物的食物。 不过没有这种毛绒物质本身的样本,科学家也没办法完全确定说这个结构物就是活的微生物。

「我花了很多时间盯着海底,想着这个物体可能是这个或那个东西,然而只透过摄影机的镜头或舷窗之类的东西下判断的话,我通常都是错的。 」伍兹霍尔海洋学研究院(Woods Hole Oceanographic Institution)没有参与这份研究的茱莉. 修伯(Julie Huber)说:「实际去收集和对样本提出质疑至关重要。 」

而从着陆器收集的海水里有得到很吸引人的证据,它显示了在这个毛茸茸岩石的附近,有数种微生物存在,而且都是在深海其他地方很常见的种类,包括红细菌科(Rhodobacteraceae)和希瓦氏菌科(Shewanellaceae)。

「虽然马里亚纳海沟非常深,但它还是海底,」波士顿说:「因此它不是什么与众不同的海底──它只是比较深的海底。 从微生物的观点来说,那里可能是个绝佳的居住地。 」