互动科普

大多数看似死了的实际上还活着。

导语：地表以下有微生物吗？你是否考虑过它们能存活多久？研究人员近期发现地表深处的细菌由于免受宇宙辐射等因素的影响，一直以自己的方式顽强地生存着。

从宾夕法尼亚碎煤中分离出的三个月大的细菌培养物。首先将分离出这些细菌的煤块在160-170℃下烘烤10个小时，之后在蛋白胨培养基中以完整的煤块培养39天，它们没有显示出生长的迹象。图片来源：Lipman 1931

上个月，深碳观测计划宣布了一个令人震惊的事实：生活在地表以下的微生物的总量相当于150到230亿吨的碳，大约比所有人类的碳总重大245到385倍。这太不可思议了。在不久之前我们甚至还不确定地球深处是否可能有生物。

但我在新闻报道中发现了比这些地下生物的重量更加令人惊讶并且有意思的细节：它的年龄。

早在20世纪20年代末，加州大学伯克利分校的一位名叫Charles Lipman的科学家就开始怀疑岩石里有细菌，不是细菌化石，而是活细菌。

他一直都在考虑这样一个事实，在他实验室里，储存在密封瓶中干燥土壤里的细菌在40年后还能够被复活。如果它们能活过四十年，它们的存活时间真的有限制吗？

煤炭似乎像一块准备好接受测试的石头，因为它是来自沼泽里的淤泥。他开始打碎成团的煤块来看看是否能找到任何在尘土里生长出来的东西。他确实找到了。

把煤炭放入煤尘和无菌水的溶液中，两到三周后他开始看见长得像细菌的东西。而将其放在充满细菌食物的蛋白胨溶液中时，仅五个小时后就有细菌长出来。

有趣的是，他发现至少需要几天的液体再水化阶段对复苏至关重要。如果破碎的煤块是潮湿的，但被立即放到有盖培养皿里注入了食物的明胶状琼脂上，则没有东西长出来。

他当然加入了对照组，并且采取了预防措施以确保没有污染物导致细菌生长。他对预压煤块的严格清理和消毒步骤包括在碾碎之前对煤块进行擦洗，浸泡，烘烤和（或）加压数小时或数日。事实上，他发现在160℃下将样品加热数小时并不能杀死煤块里的细菌。如果确实发生过什么事的话，加热似乎只是促进了它们的生长。它们被烘烤的时间越长——长达难以置信的50小时——当煤块被压碎之后细菌似乎长得更好（如果他的结果都是真实的，考虑到生成煤炭的条件和热休克蛋白的影响，也许也并不令人意外）。

Lipman并不认为他从煤炭中诱导出的细菌就像肠道里的细菌那样活着。相反地，他相信在形成煤炭的过程中，细菌已经干枯并且进入假死状态。

“在煤炭中发现的微生物实际上是幸存者，它们在煤炭形成的时候就被封印在煤炭里，而煤炭来自原本可能富含微生物的原料，这是由于煤本质上类似泥炭，”Lipman在《细菌学杂志》（Journal of Bacteriology）里这样写道。

“我认为，在数量众多的煤层中分散着不常见的芽孢或者相似的处在休眠期的微生物，它们在时间和环境的变迁中存活了下来并且保留了自己的生活特征、形成营养体的力量，以及当条件合适的时候增殖的能力。”

我们现在把这种干燥的条件称为低湿休眠，正是在这一状态下，像水熊虫一样的生物可以承受太空的真空和辐射的轰击。

Lipman的煤炭来自威尔士和宾夕法尼亚州，其中一些是从1800英尺深的地方开采出来的。宾夕法尼亚煤炭启发了整个地质学亚纪的名字——宾夕法尼亚纪（Pennsylvanian）。

它至少有3亿年的历史。

1931年时，他的同事可能认为他是疯子。但从2019年的情况来看，极有可能的是Lipman没有在胡说。世界上最古老的生物个体可能不是多节的狐尾松树或者闪烁的白杨树无性系。而是地表下岩石里的小微生物，它们的目标不是生长或者繁殖，而只是想欺骗死亡。

在过去十年里，越来越多的文献都在暗示，生活在沉积物、岩石、地下深处的洞穴和岩溶裂隙中的细菌（它们大多数处于水合的活化状态）都老到难以置信。

例如，在21世纪初期，科学家披露在含水层和沉积物中的微生物的呼吸速度比在地表的那些要慢很多。生物质流动速率——细胞中分子替换所需的时间——都以大约百年或者千年来计算。

“我们不知道这些地下环境里的微生物是否以这样低的生物质流动速率增殖，”Frederick Colwell和Steven D’Hondt 在2013年的一篇名为《深层生物圈的自然和范围》（Nature and Extent of the Deep Biosphere）的综述里写道，“或者存活了数百万至数千万年而没有分裂。”

《美国国家科学院学报》（the Proceedings of the National Academy of Science）里一篇2017年的文章发现，在距日本海岸两公里的太平洋海底，有500至3000万年历史的煤和页岩层中，存在着低密度的细菌（尽管“低”依然是每立方厘米50至2000个细胞）。

它们依然有活性，但极度缓慢地活着。它们的世代时间从数月到超过一百年都有。但作者认为这一估计可能还偏低。实验室里大肠杆菌的世代时间为15到20分钟。

2018年发表在《地球生物学》（Geobiology）的一篇文章研究了生活在南太平洋涡流深层海洋沉积物里的微生物，该文章总结道，这些沉积物的适应度不是为了生长而只是为了生存。作者总结道，这些微生物的唯一食物来源是与它们一起被埋的任何东西。它们每年为了维护和修复而摄取的碳量只是细胞自身碳总量的2%。

“仅仅是在这个古老栖息地里发现完整的微生物细胞这个事实，就对这些生物体的恢复能力产生了显著的影响，”作者这样写道。

在他们的计算机模型里，运行着数百万年的模拟，四百万年后，所有细胞都停止了生长。它们只是想尽一切办法来维持那辆老爷车的运转，就像电影《疯狂的麦克斯》里绝望的生还者一样。

这场零和游戏还能维持多久？它们最终会饿死吗？它们是否会变形成干燥悬浮的状态，像Charles Lipman声称在宾夕法尼亚州煤炭中发现的那样？或者那是否需要煤化作用的特殊条件？

不断有证据表明，如此丧失营养、老朽的细菌并不是“微生物僵尸”。相反的，众多研究发现，当深层地下的微生物被置于更温和的环境中后，它们会迅速复苏。

考虑各种因素，这些发现并不像看起来那么荒唐。如果你也考虑到这些被埋藏在地表深处的微生物被水、沉积物，和（或）岩石（μ介子，宇宙辐射到达地球表面的形式，只能穿透岩石数十米）的厚厚覆盖层保护免受宇宙辐射——超自然衰老的常见杀手。这种辐射稳定地使生活在地球表面的生物的DNA发生变异。

胚种论假设生命通过在小行星内搭便车来在宇宙中播种，这一理论对于我来说就像锡箔帽。但这些发现，以及近期发现生命在条件一适合时就诞生，都迫使我至少重新考虑。尽管宇宙很大，但生命一直在坚持不懈。

总而言之，地球的外壳似乎只是充满了处于省电模式无所事事的古老细菌，时刻准备着变速排挡到驾驶模式。但这是什么样的生活啊！它们永世被埋葬在黑暗、没有空气、安静的介质中，几乎不吃东西，不呼吸、不动，几乎没有生命。但没有死，还没有死。

如果Charles Lipman 是正确的，我们的星球里也有在恐龙进化5000万年前就开始有生命的细菌细胞，它们可能在“明天”再次开始分裂。那将是......惊人的。

但是像《夺宝奇兵3之圣战奇兵》里的圣杯骑士，为了让这些不可思议的效果发生，细菌必须被关在地下监狱里。因为那是虚拟永生的界限和代价。

作者：Jennifer Frazer

翻译：史心悦

审校：郭晓

原文链接：

https://blogs.scientificamerican.com/artful-amoeba/inside-earth-microbes-approach-immortality/