缺氧不是生命的障碍

黄石国家公园的温泉可能是极端的环境，但它们容纳了各种各样的微生物，可以揭示地球上生命的演变，也许还有潜伏在遥远星球上的东西。

虽然光合作用的生命不能容忍温泉的高温，但化学合成的微生物 - 意味着它们仅依靠化学物质而不是阳光作为它们的能源 - 在那里做得很好。许多这些奇特的微生物被认为是我们这个星球上最早的生命最亲近的现代亲属。

“化学合成微生物提供了有用的模型，用于了解生命如何在地外系统中持续存在，例如欧罗巴的地下，例如，光能不可用，但化学能源的来源可能很多，”蒙大拿州的地质微生物学家丹尼尔科尔曼说。博兹曼州立大学。

2014年，Colman和他的同事从黄石国家公园的15个温泉中收集了化学合成微生物群落的样本。温泉是复杂的环境，即使在同一个温泉内，营养物质的可用性也会有很大差异。科尔曼分析了这些变异如何影响任何给定点可能存在的化学合成群落的种类。

科尔曼和他的团队在FEMS微生物生态学杂志上发表的论文“黄石温泉中浮游和沉积物相关的化学营养微生物种群的生态分化”中详述了他们的发现。

研究人员研究了浮游生物，即自由游动的微生物，或生活在沉积物中的微生物，然后检查了水的化学性质和沉积物的矿物学。

他们专注于被称为氧化剂的物质，它通过从营养物中剥离电子来帮助生物捕获能量。尽管人类和许多其他生物依赖于氧作为其主要氧化剂，但化学合成微生物依赖于提供较少能量的其他氧化剂，例如被氧化的铁和硫的形式(氧化材料已经失去电子)。

科学家们发现，黄石中的浮游生物群落中都是微生物细菌，这些细菌需要氧气才能存活，但浓度低于地球大气中的浓度。相比之下，黄石中的沉积物群落主要是化学合成微生物，其依赖于无机物质如元素硫或氧化铁作为其氧化剂。

这些发现揭示了沉积物中温泉微生物与水中温泉微生物的不同之处和原因。生活在水中并暴露于空气中的微生物可以利用空气中的氧气作为氧化剂，而沉积物中可能缺氧的微生物则必须与其他种类的氧化剂结合使用。研究人员预计，地球上的早期生命受到氧化剂可用性的限制，并且必须与它们周围的物质相关。宇宙中其他地方的生活也可能如此。

“理解当前与环境因素相关的微生物分布可以提供一个关于生命如何随着地球历史和生命进化历史的变化而变化的观念，”科尔曼说。

科尔曼对黄石公园的地下微生物群落特别感兴趣，因为它们在某些方面可能类似于欧罗巴等地的外星环境。由于在国家公园的土地上禁止任何类型的钻探，因此对黄石国家公园的浅层高温地下生物圈的性质甚至存在都一无所知。

科罗曼说，美国国家航空航天局对这项研究很感兴趣，因为了解黄石温泉的生命，有可能揭示生命如何在温度和压力同样高，营养成分低的外星环境中茁壮成长。“这些环境在天体生物学研究方面尚未得到充分研究，但作为可能存在于土卫二，火星或木卫二上的外星居住环境的可访问类似物具有巨大潜力，”科尔曼说。

例如，正如黄石温泉的沉积物含氧量低，“我们预计其他行星体地下环境中的生命可能会受到长期缺氧等氧气的困扰，并需要与氧化剂有关。这提供了更少的能量，“科尔曼说。

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