在翠綠的表面和有機(jī)肥沃的土壤之下，生命延伸到地球深層的巖石地殼中幾千米。深部地下可能是地球上最大的細(xì)菌和古細(xì)菌儲庫之一，其中許多形成生物膜，例如巖石表面的微生物涂層。該微生物種群在沒有光或氧氣且有機(jī)碳源最少的情況下得以生存，并且可以通過食用或呼吸礦物質(zhì)獲得能量。根據(jù)最新的估計，這些生物膜分布在整個深層地下，占陸地地下細(xì)菌和古細(xì)菌總生物量的20-80%。但是這些微生物種群是均勻分布在巖石表面上，還是更喜歡在巖石中定植特定的礦物質(zhì)?

為了回答這個問題，位于伊利諾伊州埃文斯頓的西北大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)了一項研究，以分析深層地下環(huán)境中微生物群落的生長和分布。這項工作表明基質(zhì)巖石礦物成分驅(qū)動生物膜的分布，產(chǎn)生微生物生命的“熱點” 。該研究發(fā)表在《微生物學(xué)前沿》上。

微生物生活熱點

為了實現(xiàn)這項研究，研究人員到達(dá)了位于深礦微生物觀測站(DeMMO)地下1.5公里處，該觀測所坐落在一個以前的金礦中，該礦現(xiàn)在被稱為Sanford地下研究設(shè)施(SURF)，位于南達(dá)科他州利德。在地下，研究人員在富含鐵和硫的礦物質(zhì)的天然巖石上種植了生物膜。六個月后，研究人員使用顯微鏡，光譜學(xué)和空間建模方法分析了新近生長的生物膜的微生物組成和物理特性，以及其分布。

研究人員進(jìn)行的空間分析揭示了生物膜較稠密的熱點。這些熱點與巖石中富含鐵的礦物質(zhì)顆粒有關(guān)，突出了生物膜定殖的某些礦物質(zhì)偏愛。“我們的結(jié)果證明了生物膜定殖對巖石表面礦物的強(qiáng)烈的空間依賴性。我們認(rèn)為這種空間依賴性是由于微生物從它們定殖的礦物中獲取能量的緣故。” 研究的第一作者凱特琳·卡薩爾(Caitlin Casar)解釋說。

未來研究

總而言之，這些結(jié)果表明，宿主巖石礦物學(xué)是生物膜分布的關(guān)鍵驅(qū)動力，這可能有助于改善對地球深部地下微生物分布的估計。但是領(lǐng)先的陸地內(nèi)部研究也可以為其他主題提供信息。凱特琳·卡薩爾(Caitlin Casar)表示：“我們的發(fā)現(xiàn)可以為生物膜對全球營養(yǎng)循環(huán)的貢獻(xiàn)提供參考，并且還具有天體生物學(xué)意義，因為這些發(fā)現(xiàn)可以洞察火星模擬系統(tǒng)中的生物量分布。

實際上，在保護(hù)微生物免受輻射和極端溫度影響的類似地下環(huán)境中，可能存在外星生命。例如，火星具有類似于DeMMO的巖層的富含鐵和硫的成分，我們現(xiàn)在知道它能夠推動地下微生物熱點的形成。