恶魔蠕虫改写生命定义 生命起源或许来自地下

▲「恶魔蠕虫」的发现,显示动物可以活在地下几千公尺的深处。(图/取自网路)

国际中心/综合报导

《新科学家》杂志报导,从玛士撒拉微生物(一种在沉积物中生存的微生物,据说已生存了26亿年,史上最长寿)到厌氧动物,这些奇怪的地下有机物正在重新定义生命体的概念。

南非金矿里居住着很多「恶魔」。它们长有鞭子状的尾巴,有着贪婪的胃口。但这些恶魔几乎都是肉眼不可见的,这对研究地球上生命的科学家来说真是个大消息。

美国普林斯顿大学地质学家杜里斯昂斯托(Tullis Onstott)说:「此一发现让我激动不已。」

2011年他在比阿特丽克斯金矿充满水的裂缝里,发现有线蠕虫在游动。事实是,复杂的有机体应该无法生活在如此深的地下。动物生存所需要的营养与氧气,在几十公尺的地下非常匮乏,更遑论提地下1300公尺的深处。

由于蠕虫像神秘的恶魔一样躲避阳光,因此昂斯托的研究小组将牠取名为「恶魔蠕虫」(Halicephalobus mephisto)。字源是Mephistopheles,即是歌德剧作《浮士德》里的魔鬼「梅菲斯托」(Mephisto)。

研究小组在南非地壳深处发现了更多惊喜。在前往南非最深的金矿陶托那金矿探险时,科学家在地下3600 公尺深处意外的发现了另一个线蠕虫物种,使得牠成为目前为止发现的最深的陆地动物。

地壳深处存在着很多隔离的生态系统,在那里生活的生物违反了很多已经确立的生物原则。有些微生物的新陈代谢非常缓慢,以至于牠的年岁可能已经经历几百万年了。有些细菌的生存完全不依赖太阳的能量;有些的动物的生存则完全不需要氧气。这些奇怪的生物或为生命起源以及发展方向, 提供了新的见解。牠甚至可能帮助我们在其他星球寻找生命存在。

纵观整个20世纪,几乎没有什么人想到过地球内部可能存在生命,更别提蠕虫和穿孔虫子生物学家在探索地球地表下方之前就已经在寻找火星上生命存在的迹象加拿大多伦多大学的地质学家教授芭芭拉‧雪伍德‧罗拉尔(Barbara Sherwood Lollar)说:「普遍的观点是地球深处非常贫瘠。」

直到核武竞赛才推翻了此一正统理论。20世纪80年代,美国将密封的放射性废弃物罐子埋在地下。美国能源部有关当局担心,如果地下深处存在着微生物,那么它们可能会消化掉这些密封罐。1987年,为了解除此一恐惧,美国能源部赞助了一支研究小组寻找美国南卡罗来纳州萨凡纳河流设施下方、小口径小井里存在的生命。

出人意料的是,科学家在地下500公尺深处发现了细菌和名为古生菌的单细胞有机物。随后科学家发现,地下生命不仅存在,而且非常普遍。

1992年,英国卡迪夫大学的约翰帕克斯(John Parkes)在日本海域发现沉积物里充满了各种生命体。即使在海底500公尺深处,他们在每立方公尺的泥土里也发现了1100万个微生物。

这其中蕴含的意义非同寻常。即使你考虑到地球内部散发出的热量会杀死地下4000公尺深处的任何生命,它仍然存在足够的空间供大量生命存活

初步估计地下所包含的生命大约占全世界生物量的1%至10%,对地壳更详尽的探索将进一步确定这一数值。

同时,研究重心已经转移到回答其中某些最紧迫的问题,也即深埋地下的有机物所面临的挑战。名单之首的问题便是牠们在如此贫瘠的环境里是如何进食的? 例如,生活在海底地下的微生物,在几千年前被埋葬在地下沉积层之前,一定是起源于海底。周围泥土只有较少量的营养物质,没有任何新鲜的食物源,微生物早已经极度饥饿。

的确如此,考虑到透过显微镜观测到这些微生物表现出怪异的静止状态,有些怀疑论者辩称这些是完好保存的长期死亡的细胞尸体,而非活的有机体。

然而,这并不是日本南谷日本海洋地球科技署的诸野祐树(Yuki Morono)所发现的结果。他的研究小组利用日本附近太平洋海底220公尺深处,发现了有46万年历史沉积物里的细胞样本,并为牠们标记着有稳定的碳和氮同位素的充足食物源。两个月之后,诸野祐树在四分之三的细胞样本里发现了同位素的痕迹。

这表示这些细胞仍然是活体细胞,尽管从牠们的行为中你可能无法辨别。诸野祐树说;「跟我们相比,牠们的生活节奏是如此缓慢。区别活体细胞和死亡细胞非常困难。牠们存活的关键特征,是无比缓慢的新陈代谢,使得较为贫乏的食物源能够供应上千年。」

雪伍德‧罗拉尔说:「生命出现时,同时进行着很多狂暴的地质过程。但我们必须考虑另外一种非常有说服力的可能性,即是生命出现在温暖的断裂层处。牠能够保护生命不受到严重的小行星撞击、或者早期地球所暴露的致命紫外线。」

毫无疑问这是一种主流理论:大多数人相信海洋的热液喷口是地球生命的摇篮。但是,即使地壳的断裂处并没有见证第一个生命形式的出现,牠们几乎肯定是地球上生命到达尽头时有机物的最后一个避难所。

去年英国圣安德鲁斯大学的杰克欧‧玛丽詹姆斯(Jack O’Malley-James)和他的同事对地球上生命的可能命运进行了建模,因为日益衰老的太阳可能会导致地球的环境越来越恶劣。这个模型显示大约10亿年后,地球上的海洋将会蒸发,唯一存活的生命将位于地下深处,牠们或许能够继续活上10亿年。无论是热带雨林、热带草原还是珊瑚礁,地球上最持久稳固的生命特征,可能是深海生命。

对于其他星球来说可能同样如此。雪伍德‧•罗拉尔说:「深海生物圈的结果,完全改变了在其他星球上探索生命形式的策略。20世纪70年代前往火星的「海盗号」探险船在火星地表寻找生命的迹象,现在我们知道生命的迹象很可能出现在地下层。 铠甲动物门的发现又燃起了寻找复杂生命形式的新希望。」

此刻很多人已将关注重心放在地下。普什度说:「这是地球上最后一个未被开发的部分。我们期望未来更多激动人心的发现,包括动物和单细胞有机体。」