針養分匱乏地區的生命進行研究，為揭示早期地球和火星生命提供可能

我們對地球上極端環境微生物的不斷了解為天體生物學開闢了新的可能性。科學家們正在研究那些看似永遠無法供養生命的資源貧乏的世界。一個研究團隊正在針對墨西哥的一個養分匱乏地區進行研究，試圖了解生命是如何在這種充滿挑戰的環境下茁壯成長的。

該團隊研究的區域叫做庫託西涅加斯（Cuatro Ciénegas）盆地，大約四千三百萬年以前，該區域曾是一片淺海，直到它與墨西哥灣隔絕開來。這是一片獨特的區域，因為它既缺乏養分，卻又古老的水生微生物的家園。

這項新研究的主要作者是來自亞利桑那州立大學地球與空間探索學院的Jordan Okei。這項研究的標題是“在整個生態系統獲取養分的實驗中，資訊處理過程中的的基因組適應性是營養策略的基礎”。這篇文章發表在《eLIFE》雜誌上。

這項研究是在墨西哥奇瓦瓦沙漠的庫託西涅加斯（Cuatro Ciénegas）盆地完成的。這個區域曾經是一片淺海，在大約四千三百萬年以前，與墨西哥灣相隔絕開來。

這項研究主要關注生物體的基因組，以及它的幾個基礎方面，比如生物體的大小、資訊的獲取方式和獲取密度（這裡我理解成生物體對於外界資訊的單位時間處理量）。研究人員探究了這些特性是如何使生物體在諸如庫託西涅加斯（Cuatro Ciénegas）盆地這種極端環境下茁壯成長的，這個盆地的環境好比早期的地球，或者古代溼潤的火星。

“這個地區的營養非常貧瘠，甚至大部分的生態系統是靠微生物主導，然而正是這裡可能和早期地球的生態系統有著相似之處。正如火星曾經的溼潤環境一樣，可能使得生命賴以生存。”

主要作者奧基耶說到。一個有機體所做的每件事都是要付出代價的，因此當有機體著手做它們的工作時會做出很多的權衡。但進行權衡的過程會影響著一個有機體進行生物資訊處理的效率。

一個適應了營養貧瘠的環境，並且在其中進化而來的有機體，可能不會在動用極大的資源來複制它們自己這件事上上“投資”。這只是團隊的假設，但他們設計了實驗去調查這件事。墨西哥四沼澤盆地的城市池塘。照片來自J.克雷克.文特爾研究所的副教授克里斯多夫.杜邦，也是這項研究的資深作者。

在一篇新聞稿中，杜邦提到“我們猜測在營養貧瘠（低營養）環境中發現的微生物，會處於必要依靠低資源策略來複制DNA，轉錄RNA和翻譯蛋白質。相反，一個營養豐富的（高營養）環境更偏好於資源密集型戰略。”實驗涉及到建立所謂的“中胚層”，一種微生物生態系統。進而這些微生物會被以更高水平的含氮和磷的肥料餵養。這些元素刺激了中胚層微生物的生長。在實驗的最後，他們與對照組觀察對比，發現微生物群落對增加的營養物質作何反應。

在他們的研究中,作者的關注點在四個特徵上,這些特徵支配著生物體在他們的細胞中處理生物資訊的能力。

基因的多樣性是蛋白質合成所必需的，富營養生物應該有更多數量的基因有助於提高生長速度，或者生物體適應營養豐富的環境。

但是這裡有另一種權衡，他們在營養貧乏的環境中處於劣勢，以及他們的高複製率最終會降低它們的生長效率。

基因組的大小，一個具有較小基因組的生物體，需要更少的資源來進行復制，並且他們的細胞更小。這些生物體在一段相對營養豐富的環境中之後，能夠快速的在營養貧乏的環境中做出響應。

鳥嘌呤和胞嘧啶的組成，鳥嘌呤和胞嘧啶是核苷酸酶，科學家也不能完全的確定為什麼，在營養豐富的環境中，在基因組中具有高GC水平的生物體能夠更好，可能是因為GC生產起來更加昂貴。因此具有低GC含量的生物體可能在貧乏的環境中能夠更好。

密碼子使用的偏見:密碼子是RNA跟DNA核苷酸三聯體的序列，密碼子指定了蛋白質合成期間的下一步是加入氨基酸，多種不同的密碼子能夠編碼氨基酸，但是在營養豐富的環境中，比起不能快速使用資源的密碼子更加偏向於能更快使用資源的密碼子。

這篇研究不同的地方在於它考慮了四個特徵的全部，然而以前的研究只關注了一個或兩個特徵，這篇研究也考慮了這些特徵在一個共同體裡面的作用，然而之前的研究採用了不同的方法。正如在他們的研究中所說，我們的研究值得一提的地方，是第一個設計實驗水平復制原基因組群體反應的評定的生態系統實驗之一。

這篇研究是獨一無二並且有力的，因為他從大生物體的生態學研究中獲得想法，並且可應用於整個生態系統的微生物群體。

亞利桑那州大學生命科學學院的資深作者吉姆·埃勒斯，在四盆藻澤的lagunita池塘中進行了持續32天的實驗。在這段時間裡，研究者們總結現場監察、抽樣分析和定期水質化驗的結果。

實驗結果與實驗的假設呈線性相關：中觀世界由有機體主導，這些有機體有超強地能力來複制營養物質使之不斷增長。對照組主要由可以用較少的消耗來處理生物資訊的物種組成。

研究表格顯示存在編碼使用偏差。

他們的假設預測，有機體在肥沃的微觀世界中存在編碼使用偏差。儘管多個編碼可以編譯出相同的氨基酸，但有機體可以在有更多資源可得的時候更快地獲取資源進行氨基酸編碼。

亞利桑那州大學生命科學院的資深作家吉姆·埃爾斯說：“這項研究是獨一無二而且有力的，因為它運用了大型有機體的生物研究思想，並將這些思想運用於在整個生物系統實驗的微生物群落。”

“通過這麼做，我們第一次可以證明存在協助微生物對整個生物系統的進行反饋的基本生物特徵，不需要與特定的微生物種類相關。”這個研究結果告訴我們一些關於生命如何在其他世界裡的極端惡劣環境下運作的資訊。無論有機體處在哪裡，都必須對生物的資訊處理能力進行微調，來充分利用它們所處環境裡的關鍵資訊。它們會受環境的影響，環境決定它們的形態。

Okies說：“這讓人非常興奮，這暗示的有許多需要被地球上的現存及以後的生命普遍接納的生命規則。”

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.袁毛安，turbo，只筌，銅銀之鍊金術師--universetoday