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地壳矿物学驱动着地球内部生命的热点

在翠绿的表面和有机肥沃的土壤之下,生命延伸到地球深层的岩石地壳中几千米。深部地下可能是地球上最大的细菌和古细菌储库之一,其中许多形成生物膜,例如岩石表面的微生物涂层。该微生物种群在没有光或氧气且有机碳源最少的情况下得以生存,并且可以通过食用或呼吸矿物质获得能量。根据最新的估计,这些生物膜分布在整个深层地下,占陆地地下细菌和古细菌总生物量的20-80%。但是这些微生物种群是均匀分布在岩石表面上,还是更喜欢在岩石中定植特定的矿物质?

为了回答这个问题,位于伊利诺伊州埃文斯顿的西北大学的研究人员领导了一项研究,以分析深层地下环境中微生物群落的生长和分布。这项工作表明基质岩石矿物成分驱动生物膜的分布,产生微生物生命的“热点” 。该研究发表在《微生物学前沿》上。

微生物生活热点

为了实现这项研究,研究人员到达了位于深矿微生物观测站(DeMMO)地下1.5公里处,该观测所坐落在一个以前的金矿中,该矿现在被称为Sanford地下研究设施(SURF),位于南达科他州利德。在地下,研究人员在富含铁和硫的矿物质的天然岩石上种植了生物膜。六个月后,研究人员使用显微镜,光谱学和空间建模方法分析了新近生长的生物膜的微生物组成和物理特性,以及其分布。

研究人员进行的空间分析揭示了生物膜较稠密的热点。这些热点与岩石中富含铁的矿物质颗粒有关,突出了生物膜定殖的某些矿物质偏爱。“我们的结果证明了生物膜定殖对岩石表面矿物的强烈的空间依赖性。我们认为这种空间依赖性是由于微生物从它们定殖的矿物中获取能量的缘故。” 研究的第一作者凯特琳·卡萨尔(Caitlin Casar)解释说。

未来研究

总而言之,这些结果表明,宿主岩石矿物学是生物膜分布的关键驱动力,这可能有助于改善对地球深部地下微生物分布的估计。但是领先的陆地内部研究也可以为其他主题提供信息。凯特琳·卡萨尔(Caitlin Casar)表示:“我们的发现可以为生物膜对全球营养循环的贡献提供参考,并且还具有天体生物学意义,因为这些发现可以洞察火星模拟系统中的生物量分布。

实际上,在保护微生物免受辐射和极端温度影响的类似地下环境中,可能存在外星生命。例如,火星具有类似于DeMMO的岩层的富含铁和硫的成分,我们现在知道它能够推动地下微生物热点的形成。

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