微生物恒久远,一“群”永流传:科学家成功唤醒一亿年前的生命

中国生物技术网 中国生物技术网

北京时间7月29日,发表在《Nature Communications(自然通讯)》上的一项新研究中,一个国际科学家团队在死气沉沉的深海淘到了“活”宝——1亿年前被困在海床沉积物中的微生物。研究人员发现,只要有合适的食物和一点额外的氧气,它们就可以复活。

这真是不可思议。海床上的微生物承受着巨大的压力——海水都堆积在了海床上,更不用说氧气和基本营养素的缺乏,剩下的只有少得可怜的能量供应。

未参与这项研究的美国伍兹霍尔海洋研究所的微生物生态学家Virginia Edgcomb说:“这项新研究表明,微生物的生命是非常持久的,而且往往能找到生存途径。

更重要的是,通过证明生命可以在生物学家曾经认为不适合居住的地方生存,该研究表明了在太阳系或宇宙其他地方存在生命的可能性。

北卡罗来纳大学教堂山分校的微生物学家Andreas Teske也没有参与这项新研究,他说:“如果某颗行星的表面看起来不适合生命存在,那么它们可能会在地表下存在。” 

研究人员已经知道,生命可以存活在海床的“床板下”超过15年。

领导这项研究的日本海洋地球科学与技术局的微生物学家Yuki Morono说:“我们想知道,在几乎没有食物的情况下,这些微生物还能维持多久。”

众所周知,微生物可以生活在非常炎热或有毒的环境中,但它们能在食物匮乏的地方生存吗?  

为了找到答案,Morono和他的同事们在南太平洋环流区进行了一次钻探考察,那里是澳大利亚东部洋流交汇的地方,被认为是世界海洋中最死气沉沉的部分,几乎完全缺乏生存所需的营养物质。

当他们从海平面以下5700米深处提取粘土和其他沉积物岩心时,他们确认这些样品确实含有一些氧气,这表明可供细菌食用的有机物质非常少。为了探索那里可能存在的生命,Morono的团队从钻孔的岩心中提取粘土样本,把它们放在玻璃小瓶中,并添加了氮和碳的同位素,这些同位素只能在活的生物体内会被检测到。

在研究团队第一次将这些化合物“喂食”泥土样本的那天,一直到557天后,他们从样本中提取出少量的粘土,并将其溶解以发现任何活的微生物,尽管粘土中缺乏它们的食物。

这项工作很有挑战性。一般来说,每立方厘米的海底泥中至少有10万个细胞。但在这些样本中,相同数量的沉积物中只有不超过1000个。因此,生物学家们不得不开发出专门的技术,比如使用化学示踪剂来检测是否有污染的海水进入了样本,并建立了一种以稳定同位素标记的底物作为微生物示踪剂的微氧培养实验。

微生物对添加碳和氮底物的反应

添加的营养物质唤醒了各种好氧菌。研究团队发现,这些1.015亿年前的地层样本中的某些微生物对孵化条件反应迅速,在68天的孵化期内,其数量增加了逾4个数量级,达到每立方厘米超过100万个细胞。

微生物对添加底物的反应

该研究共同通讯作者、美国罗德岛大学的地球微生物学家Steven D'Hond说:“我们知道,在大陆附近的深层沉积物中存在生命,那里埋藏着大量的有机物质。但我们发现,生命在深海中从海底一直延伸到下面的基底岩石层。”

其他研究人员也曾在海底含氧沉积物中发现了细菌。去年,慕尼黑大学的地球生物学家William Orsi描述了1500万年前沉积物中的活细菌,这是之前的记录。Orsi说:“但是这项研究把它向后推了一个数量级的地质时间。” 

对这些微生物的基因分析显示,它们属于八个以上已知菌群,其中许多通常在海水中被发现,在分解有机物方面发挥着重要作用。表明,会在极端能量限制的条件下生存是一种普遍存在的能力。

研究人员表示,这种能力可能在早期就已经进化,那时微生物还没有足够的食物。这可能是一个非常方便的生存技巧。” 

研究人员不知道这些环流带的微生物数百万年来一直在做什么。他们发现的大多数菌种都不形成孢子,而孢子是一些细菌在不利条件下形成的不活跃生命阶段。可能是细菌一直在非常缓慢地分裂,这将使本研究中分离出的细菌成为其遥远祖先的后代。

但在深海沉积物中,微生物的食物实在是太少了,它们很可能只能修复受损的分子。

D 'Hondt说:“如果它们完全不分裂,就能存活1亿年,但这似乎很疯狂。是否还有另一种未被识别的能量来源,也许是放射性物质,能让细菌缓慢地分裂,它们很可能在被其他沉淀物掩埋时被困在里面的。”

未参与这项研究的丹麦奥胡斯大学的海洋微生物学家Bo Barker Jørgensen说:“低食物和低能量似乎并没有为地球上的生命设定终极限制。

论文链接:
http://www.nature.com/articles/s41467-020-17330-1


本公众号由中科院微生物研究所微生物资源与大数据中心承办

2019年热文TOP10

1. 逆转2型糖尿病的大牛又发文了:2型糖尿病是简单的疾病,减肥或逆转病情!

2. 刚刚,Science发布2019十大科学突破!

3. Science重磅!西兰花“唤醒”抗肿瘤基因

4. 读者泪目!《柳叶刀》全中文发表中国医学博士「家书」:给父亲的一封信

5. 《Science》重磅!汝之“蜜糖”,吾之“砒霜...”

6. 喝酒,尤其还脸红的人,或面临更高的痴呆风险

7. Nature重磅!第一个完全合成且彻底改变DNA密码的生物诞生了

8. 这不是一颗大榛子!Science发表新型口服胰岛素,或将取代传统注射

9. Science为防秃顶支招:先从不脱发开始...

10. 改变精子速度,可以影响后代性别?



推荐