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地球内部果然存在生命!科学家发现地下生物圈,生物种类有数百万

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在上世纪20年代,人们在矿井开采和深井取水等工程活动中,发现了一个奇怪的现象,那就是从地下数百米深处的抽上来的地下水中,居然存在着生命活动的迹象。



之所以说这件事“奇怪”,是因为按照当时的科学认知,在如此深的地下,根本就不具备生命存在的基本条件,因为那里没有阳光,温度和压力都远超地表,氧气也极为稀缺,也没有什么可利用的营养物质。

不过这种现象当时并没有掀起太大波澜,因为大家普遍认为,这应该是样本被污染了。但随着时间的流逝,同样的现象却在不断地发生,这使得越来越多的科学家开始怀疑,难道说地球内部真的存在生命?

到了上世纪70年代,科学家设计了严格的取样流程(比如使用无菌钻探、密封采样、同位素示踪等手段),在确保样本没被污染的情况下提取了多种地下深处的样本,结果依然发现了生命活动的痕迹。

而这也就意味着,之前怀疑对了,地球内部果然存在生命,于是相关的研究就此正式开始。

进入21世纪之后,相关研究迎来了真正意义上的系统化发展。随着深海钻探技术、超深井工程以及分子生物学快速进步,科学家得以从全球尺度对地下生命进行全面调查,并逐渐发现了一个规模庞大的地下生物圈。



这些地下生物并不是我们想象中那种隐藏在地底的怪兽,实际上,它们基本都是以细菌和古菌为主的微生物,除此之外,还有少量的真核生物。

研究表明,这些地下生物分布的范围非常广,从大陆深处的岩层,到海底沉积物之下,再到洋壳内部的裂隙系统,到处都存在着它们的身影,其范围在大陆之下可以延伸到大约10公里深的地方,而在海洋区域,如果从海面算起,最深可以达到约21公里。

更引人注目的是,这个地下生物圈的生物多样性以及生物量远超预期,根据近年来多项综合研究的估算,其生物种类有数百万之多,总生物量可达150亿至230亿吨(大概相当于地表细菌和古菌总生物量的9倍)。

科学家发现,这些微小的生命不依赖阳光进行光合作用,也不需要从外界摄取现成的有机物,而是直接利用无机化学反应来获取能量和构建自身,其中最主要的能量来源是氢气。



要知道地下环境中,氢气并不是稀有物质,反而来源相当丰富。比如说岩石中天然存在的放射性元素在衰变过程中,会分解水分子,释放出氢气,某些矿物与水发生反应时,也会生成氢气(其中一个典型过程是橄榄石转化为蛇纹石),而在地壳受力发生剪切和摩擦时,也能通过机械作用产生氢气。

而这些微生物则进化出了一个专门利用氢气的工具——氢化酶,这种蛋白质可以高效捕捉氢气并参与能量转换,研究表明,在深层样本中,氢化酶的基因数量明显高于地表微生物,说明它们在这里是“主力装备”。

有了氢气之后,这些微生物会把二氧化碳作为碳源,通过一套自身的代谢路径将其还原,生成有机分子,同时释放能量。

除了氢气,一氧化碳和甲酸盐也是常见的能量来源。在高温条件下,岩石与水的界面可以自然生成这些小分子,微生物可以直接加以利用,与此同时,硫酸盐、硝酸盐以及各种金属氧化物可以作为电子受体,参与类似呼吸链的反应,帮助完成能量释放。



有意思的是,这些微生物往往会形成小规模的群落,通过代谢互补来提高整体效率。

比如说一些产甲烷的古菌会与硫酸盐还原菌形成共生关系,一个产生中间产物,另一个继续利用,把能量链条串联起来,而病毒在这里也不是“旁观者”,它们通过感染和基因转移,帮助微生物快速适应环境变化。

科学家还发现,这些微生物的新陈代谢速率远低于地表生物,有的细胞可能几年甚至几十年才分裂一次,但慢并不等于脆弱,相反,这是一种极端稳定的生存策略,这使得它们可以在持续但微弱的能量输入下,长期维持生命活动。

科学家表示,就目前的情况来看,我们对地下生物圈的了解还极为有限,但可以肯定的是,这些生活在地球内部的生命一直在参与地球的基本运作,它们影响着碳循环、硫循环和氮循环,在地下深处缓慢但持续地改变着矿物组成和化学环境。



而更有意义的,则是它们对外星生命研究领域的启发,毕竟过去我们寻找地外宜居环境时,往往优先考虑类似地球表面的条件,比如有阳光、有液态水、温度适中,但现在看来,只要有水、有基本的化学能量来源,哪怕在高温高压的地下环境中,生命依然可以存在。

或许我们一直寻找的外星生命,可能就藏身于某颗星球的地下深处,即使是太阳系中也存在着它们的身影(比如说火星、土卫六、木卫二等等)。

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