在深海之下，科学家们在地球上最严酷的环境之一——一个pH值高达12、生存几乎不可能的区域——发现了繁荣的微生物生命。研究人员利用脂质生物标记物而非DNA，揭示了这些微生物如何通过代谢甲烷和硫酸盐来存活。这一发现不仅揭示了深海碳循环，还暗示生命可能起源于类似的极端条件，为我们了解地球的过去和生命本身的极限提供了线索。
由于那里存在的活细胞极少，检测DNA通常是不可能的。相反，研究人员使用了足够灵敏的痕量分析技术，甚至能够识别微弱的生化信号。“但我们能够检测到脂肪，”目前是地球科学系博士生的Kumawat说，“在这些生物标志物的帮助下，我们得以深入了解这种极端环境中甲烷和硫酸盐代谢微生物的生存策略。”
深海化学中隐藏的微生物线索
深海中的微生物生命在全球碳循环中扮演着重要角色，在远低于地表的地方处理碳和其他元素。Kumawat团队识别的微生物群落不依赖阳光获取能量，而是从岩石中的矿物以及二氧化碳和氢气等气体中获取能量，并在此过程中产生甲烷——一种重要的温室气体。这些生化反应独立于上方的海洋发生，表明这些微生物在一个自给自足的生态系统中运作。
脂质分子还有助于确定微生物是活着的还是来自古代群落的残余。完整的生物分子表明细胞活跃或近期存活，而降解的生物分子则指示来自远古的化石“地质分子”。Kumawat解释说，将同位素数据与脂质生物标志物结合，显示出这种恶劣环境中栖息着现代和古代微生物种群的证据。“这种区分有助于我们在生物量极低且营养贫乏的区域开展工作，”他指出。
发现极限生命
合著者、不来梅大学海洋环境科学中心（MARUM）的有机地球化学家Florence Schubotz博士强调了这一发现的非凡之处。“这些发现令人着迷的是，在如此极端的条件下，比如高pH值和低有机碳浓度，生命甚至可能存在，”她说，“直到现在，这个系统中产甲烷微生物的存在一直被推测，但无法直接确认。此外，能够深入了解这样的微生物栖息地本身就令人兴奋，因为我们推测原始生命可能正是在这样的地点起源的。”
揭示太平洋下隐藏的火山
团队的样本来自2022年在研究船Sonne号上进行的SO 292/2探险期间采集的沉积物岩心。在这次任务中，科学家在马里亚纳弧前区域发现了以前未知的泥火山，并能够直接从这些火山中采集样本。
这项工作属于卓越集群“海底——地球的未知界面”的一部分。基于他们的发现，Kumawat和他的同事们现在计划在受控培养箱中培养这些微生物，以更深入了解它们如何在这种不适宜居住的环境中获取养分并持续生存。