生命如何熬过雪球地球时期：来自南极洲融水池塘的证据

研究人员在《自然-通讯》上发表的研究报告中指出，在约6.35亿至7.20亿年前被称为"雪球地球"的时期——当时地球大部分区域被冰层覆盖——我们某些古老的细胞祖先可能在融水池塘中等待冰期结束。

科学家发现，真核生物（最终演化成当今多样化多细胞生命的复杂细胞生命形式）能够在浅水池塘中度过全球冰冻期。这些小型水域绿洲可能存在于赤道地区相对较薄的冰盖表层。冰面会积聚来自下方的深色尘埃和碎屑，增强了其融化成池的能力。在接近0摄氏度的温度下，形成的融水池塘可能为某些早期复杂生命形态提供了宜居环境。

该团队基于对现代融水池塘的分析得出结论。当今南极洲冰盖边缘存在小型融冰池，这些极地冰盖环境与雪球地球时期赤道附近冰盖的可能状况相似。

研究人员分析了位于麦克默多冰架的多种融水池塘样本，该区域在1903年罗伯特·法尔肯·斯科特探险队成员首次描述为"脏冰"。麻省理工学院研究者在每个池塘都发现了真核生物的明确特征。不同池塘的真核生物群落存在差异，显示出该环境中惊人的生物多样性。团队还发现盐度对池塘承载的生物类型起关键作用：咸水或盐水浓度较高的池塘拥有更相似的真核生物群落，与淡水池塘的群落存在差异。

"我们证实融水池塘是早期真核生物在全球冰冻事件中可能的庇护所候选地，"主要作者、麻省理工学院地球、大气与行星科学系（EAPS）研究生法蒂玛·侯赛因表示。"这向我们展示了此类环境中存在且可能孕育生物多样性，实质上是生命韧性的体现。"

研究的麻省理工合著者包括斯伦贝谢地球生物学教授罗杰·萨蒙斯、前博士后托马斯·埃文斯，以及卡迪夫大学的贾斯敏·米勒、伦敦自然历史博物馆的安妮·容格布卢特和新西兰怀卡托大学的伊恩·霍斯。

极地深寒

"雪球地球"是地质史上行星全面冰冻时期的俗称，通常指成冰纪连续发生的两次持续数百万年的冰川事件（地质学家界定为6.35亿至7.20亿年前）。地球当时更像坚硬雪球还是柔软"雪泥球"尚存争议，但科学家确信：全球大部分区域陷入深度冰冻，平均气温达零下50摄氏度。核心问题在于：生命如何及在何处存续？

"我们致力于理解地球复杂生命的起源基础，"侯赛因指出。"化石记录显示成冰纪前后均存在真核生物，但该时期其确切栖息地缺乏直接证据。关键谜题在于我们确知生命得以延续，正试图解析其存续方式与地点。"

关于雪球地球时期生物的潜在庇护所存在多种假说，包括开阔海域特定区域（若存在）、深海热液喷口周围及冰盖下方。针对融水池塘，侯赛因团队提出假说：地表融水在当时同样可能维持早期真核生命。

"关于成冰纪生命存续地点有诸多假说，但并非所有假说都具备理想类比环境，"侯赛因强调。"地表融水池塘在现代地球真实存在且易于考察，这使我们能切实聚焦这些环境中的真核生物。"

小池塘，大生命

在新研究中，团队分析了南极融水池塘样本。2018年，萨蒙斯与新西兰同事前往东南极洲麦克默多冰架区域，该处存在众多深仅数英尺、宽数米的小型融冰池。此处水体直冻至海底，过程中封存了深色沉积物与海洋生物。风力驱动的表层冰流失形成类似传送带的机制，逐步将这些封存碎屑带至表面。碎屑吸收太阳热量导致冰层融化，而周围无碎屑冰面反射阳光，最终形成浅层融水池塘。

每个池塘底部铺陈着微生物垫，经年累月形成粘性细胞群落的多层结构。

"这些微生物垫可达数厘米厚，色彩丰富且分层清晰可见，"侯赛因描述道。

微生物垫主要由蓝细菌构成——这类缺乏细胞核或细胞器的原核单细胞光合生物。尽管已知这类古老微生物能在包括融水池塘在内的地球极端环境中生存，但研究者希望探明更复杂的真核生物（演化出细胞核及膜结合细胞器的生物）是否也能承受类似挑战。仅凭显微镜无法解答此问题，因为微生物垫中微观真核生物的鉴别特征过于细微。

为表征真核生物，团队分析了微生物垫中特定脂质（生物合成的固醇）及遗传成分核糖体核糖核酸（rRNA），两者皆可用于不同精确度的生物鉴定。这两组独立分析为特定真核生物类群提供了互补指纹。脂质研究发现多种固醇和rRNA基因与微生物垫中的特定藻类、原生生物及微小动物密切相关。通过评估不同池塘的脂质种类、相对丰度及rRNA基因，研究者发现池塘孕育着惊人的真核生物多样性。

"所有池塘的生物构成皆不相同，"侯赛因指出。"存在重复出现的物种类型，但其丰度分布各异。在所有研究的池塘中，我们检测到涵盖主要类群的真核生物多样性组合。这些真核生物正是挺过雪球地球时期的真核生物后裔。这充分证明雪球地球时期的融水池塘可能成为地表绿洲，滋养了推动后世复杂生命（包括人类）多样化与繁衍的真核生物。"

本研究部分获得了NASA天体生物学计划、西蒙斯生命起源协作组织以及麻省理工-新西兰MISTI基金的资助。