科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
在宇宙的宏大時(shí)間線上，人類的存在只不過(guò)是一瞬。然而，微生物的世界遵循著一套截然不同的法則。
例如，2020年，科學(xué)家成功復(fù)活了距今已有1億年歷史的微生物，使其成為科學(xué)界已知的最古老微生物。最近的《微生物生態(tài)學(xué)》雜志報(bào)道稱，日本東京大學(xué)科學(xué)家打開(kāi)了從南非東北部布什維爾德火成巖雜巖體采集的豐富礦藏，驚訝地發(fā)現(xiàn)，樣本中包含著20億年前就存在的微生物！由于這些微生物處于極端隔離狀態(tài)，幾乎沒(méi)有表現(xiàn)出進(jìn)化方面的變化，因此為研究地球的遙遠(yuǎn)歷史和地外生命提供了寶貴線索。
已知最古老微生物“現(xiàn)身”
研究團(tuán)隊(duì)在地下15米處取得了一個(gè)30厘米長(zhǎng)的巖芯樣本，并將其切割成薄片，發(fā)現(xiàn)樣本中的黏土十分密集，微生物無(wú)法離開(kāi)，其他物質(zhì)也無(wú)法進(jìn)入，從而有效地將微生物保存了數(shù)十億年之久。
要想揭開(kāi)這些隱藏了數(shù)十億年的微生物的秘密，僅僅用確定生物年齡和起源的方法還不夠，必須在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展。于是，研究團(tuán)隊(duì)又結(jié)合了3種成像方法——電子顯微鏡、熒光顯微鏡和紅外光譜分析，以確認(rèn)這些微生物是真的如此古老，還是在挖掘和分析過(guò)程中從外界帶入的污染。
為確保樣本在提取過(guò)程中未受污染，研究團(tuán)隊(duì)首先使用光學(xué)光熱紅外光譜儀檢測(cè)了微生物，隨后用綠色溶液對(duì)它們細(xì)胞的DNA進(jìn)行染色，觀察了微生物的蛋白質(zhì)以及它們周?chē)酿ね翖⒌亍Ｋ麄冋J(rèn)為，這些微生物確實(shí)生活在裂縫樣本中，而且是那里的“本地”生物。
然后，他們利用掃描電子顯微鏡和熒光顯微鏡技術(shù)對(duì)樣本進(jìn)行了檢查。這種三管齊下的方法讓他們最終確定，這些微生物確實(shí)已被巖石困住達(dá)20億年之久。他們?cè)谡撐闹袌?bào)告：“這是迄今為止在古代巖石中發(fā)現(xiàn)的、最古老的活微生物的例子。”
巖層環(huán)境阻止微生物進(jìn)化
這些微生物之所以在這里一直繁衍生息，很大程度上可能要?dú)w功于它們的棲息地——南非東北部的布什維爾德火成巖雜巖體。這是一個(gè)面積約4.1萬(wàn)平方公里的區(qū)域，以豐富的礦藏而著稱，全球已開(kāi)采的鉑金中，約70%就來(lái)自這里。數(shù)十億年前，地下深處厚達(dá)9000多米的區(qū)域，巖漿逐漸冷卻凝固，從而形成了這片巖石侵入體。
自形成以來(lái)，這些巖層基本保持不變，一些古老的微生物生命得以在其中“扎根”并繁衍生息。同時(shí)，黏土沉積物覆蓋了這些裂縫附近的一切空隙，將微小的生物困在里面，同時(shí)阻止其他任何物質(zhì)進(jìn)入。
研究人員推測(cè)，這樣的環(huán)境如同一個(gè)“時(shí)間膠囊”，為微生物生命的持續(xù)提供了穩(wěn)定環(huán)境，使其以極慢的速度延續(xù)，幾乎沒(méi)有任何進(jìn)化上的改變。
科學(xué)家認(rèn)為，近年來(lái)，地下微生物學(xué)的研究進(jìn)展表明，盡管巖石與水相互作用提供的能量十分有限，但有著數(shù)百萬(wàn)年歷史的火成巖仍然具有宜居性。地下生態(tài)系統(tǒng)中，生物進(jìn)化微乎其微，且代謝速率極低，因此，時(shí)空穩(wěn)定的火成巖能夠在地質(zhì)時(shí)間尺度上維持微生物的生存。
為尋找外星生命提供新線索
這篇論文的主要作者庸平鈴木之前曾分析過(guò)在海底發(fā)現(xiàn)的、曾被認(rèn)為是最古老的地質(zhì)層，其歷史可追溯至1億年前。然而，此次新樣本讓人們得以一窺更遙遠(yuǎn)的過(guò)去——20億年前。這引發(fā)了一個(gè)誘人的問(wèn)題：地球以外的生命是否可能存在于古老巖石的裂縫中？
這些古老的微生物在沒(méi)有陽(yáng)光的環(huán)境下生存，通過(guò)與周?chē)V物的化學(xué)反應(yīng)來(lái)獲取能量。這種生存機(jī)制可能為探索其他天體（如火星或木衛(wèi)二等衛(wèi)星）表面之下是否存在生命提供了寶貴線索。
鈴木稱：“美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的‘毅力號(hào)’火星車(chē)正在收集一些巖石樣本，與我們這項(xiàng)研究中所用的巖石年齡相似。我們能在20億年前的地球樣本中發(fā)現(xiàn)微生物生命，并能確認(rèn)其真實(shí)性，這讓人們對(duì)可能在火星樣本中找到的東西感到興奮。”
鈴木團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這項(xiàng)新研究將有助于指導(dǎo)外星樣本的研究。美國(guó)《大眾機(jī)械》雜志網(wǎng)站報(bào)道稱，盡管按照NASA目前的計(jì)劃，火星樣本要到2040年，甚至可能更晚才會(huì)被帶回地球，但地球以外存在生命，至少是微生物生命的可能性正變得越來(lái)越大。
