一项新研究揭示了地球生命的较低能量极限

由伦敦玛丽皇后大学领导的国际研究人员小组发现，埋在海底海底沉积物中的微生物能够以比以前已知的能维持生命的能量更少的能量生存。该研究对理解地球上的生命极限以及其他地方的生命潜力具有启示意义。

这项研究发表在《科学进展》杂志上，该研究利用海底的数据构建了创新的模型，将海洋分为数十万个单独的网格单元。然后收集了海底生物圈的全球概况，包括主要的生命形式和生物地球化学过程。

通过将地球深层生物圈中碳和微生物生命所包含的分布和数量的数据与生物和化学反应的速率结合起来，研究人员能够确定单个微生物细胞的“功率”消耗，换句话说，即他们利用能量。地球上的所有生命都不断消耗能量，以保持活力，维持新陈代谢并执行基本功能，例如生长，修复和替换生物分子。

结果表明，海底微生物能够以比以前证明支持地球上任何形式生命的能量少得多的能量生存。通过扩大生活的可居住范围，使其涵盖较低的能源环境，这些发现可以为以后在敌对的早期地球上生活的地点，时间和方式以及生活在太阳系其他地方的位置提供信息。

玛丽皇后大学环境科学讲师James Bradley博士说：“当我们思考地球上生命的本质时，我们倾向于考虑在地球表面和海洋中繁衍生息的植物，动物，微观藻类和细菌—不断地活动，生长和繁殖。然而，在这里，我们表明，整个微生物生物圈(包括地球的所有土壤或海洋中所含的许多细胞)几乎没有生存的能量，其中许多只是存在于大部分不活跃的环境中状态-不生长，不分裂和不进化这些微生物消耗的能量比我们以前认为的能够支撑地球生命的能量要少。

“平均每个人消耗约100瓦的功率，这意味着它们每秒燃烧约100焦耳的能量。这大约相当于吊扇，缝纫机或两个标准灯泡的功率。我们计算得出，平均微生物被困在深海中，沉积物的生存能量比人类少五百亿倍。”

该研究的合著者，南加州大学暗能量生物圈调查中心(C-DEBI)主任扬·阿门德(Jan Amend)表示：“以前对海底生物的研究-并且有许多好的研究-主要关注谁在那儿，那里有多少东西现在我们正在更深入地研究生态问题：它在做什么，它在做多快?了解生命的功率极限为微生物生活建立了基本的基线在地球和其他地方。”

这些发现提出了关于我们对生命的定义以及地球和其他地方生命极限的基本问题。仅有如此少的能量，生物不可能繁殖或分裂，而是将极少量的能量用于“维护”-更换或修复其受损部位。因此，很可能在海底下很深的地方发现了许多微生物，这些微生物是数千年到数百万年前居住在浅海沿海地区的种群的残留物。与地球表面上的生物根据太阳在短(每日和季节性)时间尺度上运行不同，这些深埋的微生物很可能在更长的时间尺度上存在，例如构造板块的运动以及海洋氧气的变化。水平和流通。

该研究还揭示了微生物如何与海底深处发生的化学过程相互作用。氧气虽然为微生物提供了最多的能量，但是却以绝对的短缺状态存在，占沉积物的比例不到3%。

然而，缺氧沉积物则更为广泛，通常包含微生物，这些微生物通过产生甲烷(一种有力的温室气体)来获取能量。尽管实际上没有活性，但地球海洋沉积物中所含的微生物细胞是如此之多，并能在如此长的时间内生存，以至于它们充当了地球碳和养分循环的重要驱动力，甚至影响了地球大气中二氧化碳的浓度。几千年到几百万年

布拉德利博士补充说：“研究结果不仅质疑地球生命的本质和局限性，还质疑宇宙中的其他地方。” “例如，如果生命确实存在于火星或欧罗巴上，它将很可能躲在这些能量受限的行星体的地下。如果微生物仅需要几Zeptowatt的能量才能生存，则可能会存在很长的剩余生命，在冰冷的表面之下处于休眠状态，但在技术上仍然“活跃”。”

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