地球深处有动物存在吗? 线虫耐高温高压 组图

 作者:蒋偿岫     |      日期:2017-06-03 06:31:22
恶魔蠕虫(Halicephalobus mephisto)的学名来源于《浮士德》里面恶魔的名字 在生物薄膜上的一条线虫 新浪科技讯北京时间2月2日消息,在地球表面以下两三公里的地方,你会发现一个充满着坚固岩石,温度很高,而且氧气极其稀薄的环境然而,就在这样的环境中,也有动物在坚强地生活着 在南非的几个金矿,科学家在黑暗、酷热的地下深处发现了一些微小的蠕虫这是目前发现的生活环境最深的动物没有人知道它们是如何到达那里,而它们可能已经在那里生活了数千年时间它们的存在表明,复杂生命能够存活的环境深度,已经远远超出了科学家以往的估计 20世纪80年代,科学家发现,有些生命能在地球表面以下数百米的地方生存不过,大多数科学家认为,只有细菌等单细胞的生命体才能在地球深处存活,因为那里酷热、黑暗,而且氧气稀少地球深处也无法提供多少食物,任何动物要想存活下来,需要非常艰难才能获得足够的能量 有一位科学家却不这么认为加埃唐?博尔格尼(Gaetan Borgonie)此前在比利时根特大学任职,目前在比利时根特布吕赫极端生命研究所工作他认为,有一类动物可以在地壳深处存活,那就是线虫线虫极其顽强,能够应对极端的高温、低温和干燥环境它们具有一种聪明的生存策略 一只鉴定存疑的线虫(Poikilolaimus sp),发现于Kopanang金矿1.4公里的地下深处 发现于1.3公里地下深处的恶魔蠕虫 线虫能进入一种特殊的状态,称为“多尔阶段”(dauer stage)在这种状态下,它们能度过长期的恶劣环境条件,当情况好转时再苏醒过来这一点与水熊很像水熊堪称是地球上生命力最顽强的动物,它们在休眠时能经受住沸水、冰冻、极端干燥等考验,甚至在外太空也能存活 在多尔阶段,线虫的生命活动陷入停滞,新陈代谢极其缓慢引发线虫进入这一阶段的是一种外激素,只有当食物缺乏、高温或个体数量过多的时候才会发挥作用多尔阶段时的线虫极为顽强2003年,当哥伦比亚号航天飞机进入地球大气层发生爆炸,最终坠毁,而机上携带的线虫竟然存活了下来 在地球的几乎每一个地方,都可以发现线虫的踪迹它们出现于温泉、沙漠、高山,以及海洋最深处它们生活在南极洲,生活在其他动物(包括人类)的肚子里,甚至是抹香鲸的胎盘内部 如果地球深处有动物存在,那会不会就是线虫呢博尔格尼决定自己寻找答案由于缺乏研究经费,他最后与普林斯顿大学的图里斯·沃斯托特(Tullis Onstott)进行合作,后者也认为线虫能在地下深处存活两个人利用自己的积蓄,前往南非展开研究 之所以选择南非的金矿,是因为那里是陆地上人类可以进入的最深的地方矿工们钻探的深度达到了3.2公里以上,研究者得以有机会进入神秘的地下世界博尔格尼在酷热、潮湿的矿井中寻找生命的迹象他采集钻孔里的水样,进行过滤,然后寻找是否有生命存在这些钻孔是采矿地质学家留下的,用于在采矿之前检查气体和水分的情况 从Kopanang金矿采集的生物薄膜图中箭头显示的是细菌个体 恶魔蠕虫 在显微镜观察时,博尔格尼发现了大量微小的线虫,这是首次在如此深的地方发现有生命存在在此之前,人们最深只在地下几十米的地方发现过线虫 接下来,他们要确定这些线虫是来源于矿井内部,而不是伴随矿工的鞋子,或者其他方式进入矿井为了验证这一点,博尔格尼在一年时间里检测了31582升采矿作业中所用的水他还对钻孔附近的土壤进行了分析 他没有在采矿用水中发现线虫,表明这些线虫不是从矿井之外被带进来的土壤中的线虫属于不同的物种他还发现,这些线虫喜欢摄食矿井中的细菌,而不是矿井之外的细菌,表明它们已经很好地适应了地下深处的生活研究团队在2011年发表了他们的发现 “当你进入地下的时候,压力会逐渐增加,温度上升,氧气减少,食物也变得稀少,”博尔格尼说,“因此要想在地下深处找到多细胞生命,简直太疯狂了”然而,他不仅找到了,而且还不止一种在3个金矿中,博尔格尼发现了4种不同的线虫 其中两个物种——Plectus aquatilis和另一种未知的线虫——发现于德里方丹金矿,深度为0.9公里,温度为24摄氏度它们的风头被恶魔蠕虫(Halicephalobus mephisto)盖过这种线虫生活在地下1.3公里的深处,这里的温度达到37摄氏度,比大部分线虫能生存的区域都要热 在研究结果发表时,许多媒体都将恶魔蠕虫描述为已知分布最深的现生动物,或者至少令人产生了这样的印象但是,情况并非如此 科学家在TauTona金矿发现了另一个物种的DNA,存在于3.6公里深的地方,那里的温度达到了48摄氏度这个神秘的物种才是目前已知分布最深的动物“因为恶魔蠕虫获得了所有的关注,它出现在1.3公里深处,被认为是分布最深的动物,但实际上并不是,”博尔格尼说道 而且,根据博尔格尼的研究,这些线虫并非在生存线上挣扎求生,而是在地下世界里过得十分自在它们以黏糊糊的生物薄膜为食,这是由数百万细菌聚集而成的群落,每个细菌比线虫小大约100亿倍这些生物薄膜站在人工的钻孔表面,这表明人类在采矿活动中,不经意间为线虫提供了绝佳的生存环境 生物薄膜上的线虫,发现于南非德里方丹 恶魔蠕虫 低浓度的氧气条件也难不倒线虫人类在呼吸时需要氧气含量为21%的空气,而线虫在氧含量仅为0.5%的时候也可以活得很好高温也不是问题,即使是在48摄氏度的TauTona金矿科学家已经发现,一些线虫物种能在61摄氏度的热泉中生存 在进入地下深处之前,这些线虫似乎已经演化出忍耐高温和高压的能力遗传学检测结果表明,恶魔蠕虫与Halicephalobus gingivalis的关系最为密切这是一种以细菌为食的线虫,有时会寄生在马、驴、斑马甚至人类身上 类似的,Plectus aquatilis是一种常见的淡水线虫这两种线虫都演化出了忍耐低氧和高温的能力,因而不需要额外的适应过程博尔格尼说:“尽管地下深处的条件非常极端,但对于线虫来说却不那么极端”他指出,生活在土壤中的线虫可能在24小时内就会经历“从灼热的阳光到极度的干燥,再到水淹或冰冻的变化” “它们在一整年里,每天都会经历这样的压力,”博尔格尼说,“线虫在寻找早餐、午餐和晚餐时会经历极端的环境条件考虑到这些,你就不会对它们能在地下的极端环境中生存感到惊奇” 令人感到不解的是,这些线虫一开始是怎么到达地下深处的,以及它们在那里存活了多长时间碳元素测定显示,发现这些线虫的水体年龄在3000到12000年之间,这意味着,这些线虫至少在3000年前就来到了这一深度,不过这还不是定论它们也有可能是被地面的古老雨水顺着岩石缝隙冲刷到地下深处 无论是以什么样的方式来到地下,这些线虫似乎也没有回到地面的理由“与地面上的线虫相比,这些线虫的生活就像是在夏令营,”博尔格尼说,“地下深处提供了更加稳定的环境,而地表环境每一小时都会发生变化” 一只学名为Monhystrella parvella的线虫 Monhystrella parvella是现生地下生活环境最深的物种 只要有持续的氧气和食物流入,温度也不突然变高,那这些线虫就会过得很好如果环境变糟,它们也会进入多尔阶段,等待恶劣条件的过去这也意味着,我们或许能在更深的地方发现线虫的存在 影响线虫生存深度的最重要因素可能是温度尽管单细胞生命体能在极高的温度下存活,但像线虫这样的复杂生命如果能应对60摄氏度以上的高温,也会令人感到不可思议无论深度记录如何,我们现在已经知道,生命确实能在非常深的地下生存,类似的例子也越来越多 2008年的一项研究发现,一些微生物能在海床以下1.6公里的地方存活,那里的温度在60到100摄氏度之间2013年,科学家在克罗地亚一个地面以下1公里的洞穴中发现了一种小型的蜗牛这种蜗牛具有透明的外壳,表明它已经高度适应了洞穴里的生活 2014年10月,耶鲁大学的研究者报告称在地下19公里的深处发现了细菌存在的证据他们对美国华盛顿州洛佩兹岛的岩石进行了分析,发现其中含有异常高的轻质碳,这是产甲烷微生物存在的标志该研究指出,生活在地壳深处的微生物改变了岩石的化学组成 与此同时,博尔格尼也在其他较深的地方寻找线虫的踪迹 2015年8月,他在矿井巷道顶部悬挂的钟乳石上发现了20种线虫这是第一次在如此独特的环境中发现线虫的存在其中一种线虫,Monhystrella parvella,通常出现在海洋里,而此时却出现在Beatrix金矿中的一个钟乳石内部,距离地面1.4公里钟乳石上并没有明显的裂缝,因此线虫是在钟乳石刚形成时就被包裹在里面,表明它们具有稳定的食物来源 Monhystrella parvella还出现在TauTona金矿3.6公里的深处,正是在同一个钻孔中,研究者采集到了一个未知线虫物种的DNA目前,这两种线虫分享着地下最深处居民的称号那么问题又来了,这些线虫来自哪里呢 一只鉴定存疑的甲壳类动物(可能是Amphiascoides sp),采集自德里方丹金矿 Mylonchulus brachyurus是一种肉食性线虫 作为一个海洋物种,Monhystrella parvella需要盐水才能生存钟乳石内的水足以为它们提供较高的盐度,但这个金矿位于南非中部,距离最近的海洋也有数百公里一种可能是,这些线虫在2.5亿至3.5亿年前被带入金矿中,当时这个区域淹没在一个内陆海之下盐水可能经过岩石缝隙进入到了地下深处,也将线虫带到那里 另一种可能是,南非拥有许多高盐的盆地,大群的鸟类定期造访这些盆地,它们有可能将海岸的线虫带到了金矿的地面不过,博尔格尼认为这种可能性很小,因为在没有持续盐水供应的环境中,这些线虫会很快死去 从目前的发现来看,地下深处的生物多样性远比之前预想的高得多在近日发表于《自然-通讯》(Nature Communications)的一篇文章中,博尔格尼及其同事报道了在德里方丹金矿和Kopanang金矿的一些新发现在他们采集水样的钻孔中,不仅存在细菌和线虫,也生活着真菌和其他一些小型动物,包括扁虫、环节动物、轮形动物,甚至有一个可能是甲壳动物的物种 这些生物的生活方式也多种多样有些真菌似乎会感染线虫,表明它们营寄生生活此外,其中一种线虫Mylonchulus brachyurus是肉食性的它比其他种类更大,以较小的动物为食 尽管所采集的样品在深度和年龄上有很大差别,但所有金矿中的生态系统具有很高的相似性显然,一些动物类群更擅长在地下深处生存几乎所有的物种都来自地面与最初研究中发现的线虫一样,其他生物似乎也没有因为“搬到”如此深的地方而改变太多无论在那里生存,这些生物都演化出了相当灵活的适应特征 在如此深的地方发现生命,改写了有关动物生存准则的传统观点如果线虫能在地球上这些极端的环境中生存,那它们也可能在其他极端的环境中存在或许我们还能在地下发现其他简单的动物物种,而不是只寻找细菌几乎可以肯定的是,未来几年内,将会有更多生活在地下深处的生物体被科学家发现 这些发现也意味着,科学家在其他星球上寻找生命时需要保持开放的心态微生物依然是最可能发现的生命,但在地面以下,