第一项全球研究提供了对地球地下微生物组的见解

哪些微生物在黑暗中在我们下方茁壮成长——在金矿、含水层、海底的深井中——它们与包裹地球表面、陆地和海洋的微生物群相比如何

在伍兹霍尔海洋生物实验室（MBL）进行的第一项包含这一巨大问题的全球研究揭示了一些地下环境（海底以下491米和地下4375米）中惊人的微生物多样性

这一发现为生物勘探新化合物和药物、了解细胞如何适应极低能量环境以及为寻找外星生命提供了巨大的、未开发的地下多样性资源

在MBL副科学家Emil Ruff的带领下，这项研究发表在《科学进展》上

Ruff说：“人们通常认为，你越深入地球表面，可用的能量就越少，可以存活的细胞数量就越少。”。“虽然存在的能量越多，可以产生和维持的多样性就越多——比如在热带森林或珊瑚礁，那里有很多阳光和温暖。

”但我们表明，在一些地下环境中，多样性很容易与地表的多样性相媲美，如果不是超过的话。他说：“对于海洋环境和古细菌领域的微生物来说尤其如此。”这项耗时八年完成的全面研究也是首批比较海洋和陆地领域微生物多样性和群落组成的研究之一。一个例外是鲑鱼，”拉夫说，“一个有趣的问题是，微生物是否也是如此？“

是的，他们发现了。海洋和陆地微生物组的组成差异很大，但它们的多样性水平相似。

”所以，这似乎是一个普遍的生态学原理，”Ruff说。“海洋和陆地领域的生命形式之间存在非常明显的分界线，不仅在地表，而且在地下。陆地和海洋的选择压力非常不同，它们选择在这两个领域都生活困难的不同生物。Ruff说：“20世纪90年代中期，科学家们第一次广泛意识到在我们脚下、岩石深处和海底以下数公里处有巨大的微生物库。”科学家现在估计，地球上50-80%的微生物细胞生活在地下，那里的能量可用性可能比阳光照射的表面低几个数量级。有时降至绝对最低。根据估计，一些地下细胞平均每1000年分裂一次。因此，这些微生物的生命时间完全不同，我们可以从它们身上学到一些关于衰老的知识，”他说。

为了在地下生存，“进化适应以绝对减少你的能量和能量需求，并优化你新陈代谢的每一个部分，使其尽可能节能是有意义的，”拉夫说。“我们也可以从中学习：当你几乎什么都不做的时候，如何变得非常高效。”。Ruff说：“如果火星或其他行星在历史上的某个时刻有液态水——有证据表明火星有液态水，那么其表面3公里以下的岩石生态系统看起来与地球上的非常相似。”；生物体的生成时间将非常长。了解地球上的深层生命可能是发现火星上是否存在生命以及是否幸存下来的一个模型。“

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这项研究是如何在其他人无法做到的地方取得成功的

地球表面和地下不同区域的微生物生命研究并不新鲜或特别稀缺。但是，Ruff说，由于不同小组使用的研究方法不一致，这些研究的数据很难（如果不是不可能的话）进行综合。

相比之下，本研究始于2016年，当时Ruff是一名博士后研究员，参加了深部生命普查，由MBL杰出高级科学家Mitchell Sogin共同领导的评估地下微生物生命的开创性工作。

对于普查，世界各地的研究小组将地下样本送往MBL，科学家们在那里使用完全相同的程序进行测序并分析样本的微生物DNA（MBL科学家Hilary Morrison领导了这部分工作）

这首次提供了一个一致的数据集，可以对来自50个海洋和陆地生态系统的1000多个样本进行比较。拉夫对进行大规模比较的想法很感兴趣

Ruff说：“我们第一次可以直接比较五大湖表层沉积物和海底两公里以下沉积物中的微生物组。”。“这就是这篇合成论文的魅力所在。”

像这样的大规模研究依赖于许多合作者，最著名的是来自马克斯·普朗克化学研究所的共同第一作者Isabella Hrabe de Angelis，她的生物信息学技能对这项研究至关重要 More information: S. Emil Ruff, A global comparison of surface and subsurface microbiomes reveals large scale biodiversity gradients, and a marine-terrestrial divide, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adq0645. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq0645

Journal information: Science Advances