地球的結構及目前發現生物的領域

在我們地球最外面的一層是地殼，它厚度不均勻，大概有5-65km，海洋下的地殼比較薄，陸地上的地殼厚，像中國的青藏高原的地殼甚至可以達到65km。地殼下面是地幔，厚度大概為2900km，分上地幔和下地幔。地幔內部是地核，分外地核、過渡層和內地核。外地核是流動狀態的鐵水，而內地核是固態，主要是鐵和鎳等金屬，有著極高的壓力和溫度，核心溫度高達6600℃，壓力大於1億千帕，是地球表面大氣壓的350萬倍。

地球的結構

早在上世紀20年代就發現生命存在於地殼深處。當時石油勘探者注意到他們油田周圍的地下水中充滿著由細菌產生的硫化氫和碳酸氫鹽。在上世紀80年代，微生物學家開始對從“深海鑽探計劃”帶回的巖芯中的微生物進行計數，數字結果讓人感到震驚。直到本世紀初，才組建了一個專門探索地球深層生命的探險隊，科學家才開始了解這些深海微生物的生物學特性。

岩石化的低層地殼是地球上最後的生物邊界之一。在上地殼中已確認存在多種多樣的微生物，但對於下地殼微生物資訊了解很少。對於生活在海洋底沉積物或岩石中的微生物群來說，在資源匱乏時獲得足夠的碳資源和能量以支援自身生命活動充滿挑戰。

國際海洋發現計劃（IODP）的360號探險隊在印度洋亞特蘭蒂岸海洋核心綜合體上進行了鑽探，深度約為750m，這是人類有史以來探索地殼的最深層。2020年3月11日在《自然》雜誌上美國伍爾茲海洋研究所發表了鑽探研究結果。研究發現在下洋殼也有生命，並揭示了這些生物是如何在這種極端環境下生存下來的，地球可居住的空間邊緣再一次被擴充套件。

研究地點

馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋研究所Virginia Edgcomb研究團隊在一些岩石上發現了一些活的微生物群落，如細菌、真菌和古細菌。這些微生物曾被認為是生命的“極端”形式，但過去幾十年的研究表明，地球上多達70％的微生物生活在同樣惡劣的環境中。也有研究表明，在長期被認為不宜居住的地方，生物豐富，例如海洋下的深層沉積物，南極寒冷的沙漠甚至在平流層都有生物。

岩石薄片的透射光顯微照片，上有慢活細菌。圖片來源：伍茲霍爾海洋研究所

由於這些邊緣生物大多數無法在培養基中生長，所以不能在實驗室中研究。即使有些生物可以在實驗室培養存活，但是在人工培養條件下微生物的行為與自然環境中不同。因此，想要研究這些微生物的生存策略是非常困難。但是，巨集基因組學技術的出現解決了這一難題，這種技術使科學家能夠同時追蹤整個社群中的基因表達。

一種歐洲草本真菌的培養物，常從海底沉積物中獲得。圖片來源：伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)

這些微生物是如何在極端環境中存活下來

在巨集基因組學技術的應用下，科學家發現了這些微生物在極端環境中的生存策略。這些微生物生活在岩石中，並以深海流中攜帶的氨基酸和其他有機分子的碎片為食。1. 上地幔海洋很多放射性元素，生活在下地殼的微生物靠近上地幔，有些生物甚至可以“吃”金屬，如鈾等放射性金屬。有些微生物從空氣中的微量氣體如一氧化碳和氫氣中捕獲營養。還有一些微生物，例如被發現埋藏在海底淤泥深處的微生物，它們很少食用，生長繁殖緩慢，因此它們可能存活到數百或數千年的歷史。

這個研究結果擴充套件了我們對微生物在地球深層生存策略的認知，為進一步探索極端環境下微生物的生存策略開闢了新途徑。接下來，科學家將跟詳細地研究這些微生物在碳不足的極端環境下的競爭，努力探索未知領域。