PNAS研究揭示了地下微生物的进化

时间：2021-11-04 00:00:00 来源：网络整理

地球上最古老的岩石深处的深色裂缝似乎与外层空间一样适合生命生存，但一些估计表明，生活在地壳深处的微生物占了大多数。这些地下生命形式，构成了所谓的深层生物圈，可能占地球上所有生物量的20%。

这些生态系统主机微生物感兴趣的血统对理解地球上生命的起源和演化,但仍最少的探讨和理解地球上生态系统,根据一项新研究的作者,仔细看看有多深的栖息地变化在地球的动荡的过去。

“理解深部生物圈的历史可以提供深入了解地球上生命的进化,”peter reiner说地球科学教授和亚利桑那大学理学院副院长,合著的论文中亨利克·德雷克,在瑞典林奈大学副教授。“这需要了解这些地下环境中可居住条件的复杂演变，但这种评估直到现在才提出。”

虽然我们已经知道微生物可以在地表以下3英里甚至更远的地方生存，但对于深层生物圈在地质历史中是如何进化的，以及现代微生物与它们在地下的祖先是如何联系的，我们知之甚少。

Reiners和Drake把重点放在了前寒武纪克拉通上，这是一些至今仍存在的最古老的岩石，以找出地表下微生物在几亿至数十亿年前应该活跃的时间和地点。他们研究的结果,本周发表在《美国国家科学院学报》上,发现许多克拉通是不适合微生物生存,最长的可居住性不超过十亿年,和许多克拉通只有居住在过去的5000万到3亿年。

Reiners说:“我们发现，由于微生物的可居住性通常需要温度低于100摄氏度(212华氏度)，我们预计只有在少数地方能找到超过10亿年的地下微生物生命的证据。”“仅仅因为这些岩石非常古老，其中的流体也可能很古老，但这并不意味着它们可以支持生命，直到相对最近，当它们通过侵蚀非常接近地表。”

寒武纪前的克拉通是微生物的家园，微生物从营养物质的消耗中获取能量，包括稀缺的有机碳，也从流体和岩石之间的化学反应中获取能量。德雷克和赖纳斯估计，地下细菌和古细菌(类似于细菌的单细胞原核生物)现在构成了地球上所有微生物生命的90%，而在数亿到数十亿年前，它们可能构成了整个生命的更大比例。

Reiners说:“它们的进化，尤其是新陈代谢的进化——它们如何获得能量，以及它们‘吃’和‘拉’什么化学元素——为了解其他生物的进化提供了关键的见解。”他补充说，一些研究人员认为，生命可能是在地球表面下首次进化的。

研究人员结合了在克拉通裂缝中发现的深层古代生命的记录，以及最近在中低温热年代学方面的进展，这种技术使科学家能够重建岩石的温度历史。当沉积层在岩石上堆积时，岩石可能承受了更高的温度和压力，但一旦沉积层被侵蚀，岩石就会更接近地表，进入更适宜居住的环境。

Reiners说:“通过结合几个不同放射性同位素定年系统的热年代学结果，我们可以通过埋藏和侵蚀的起伏来重建它们的热历史。”“这种方法为我们提供了勘探和解释鲜为人知的地球克拉通深层生物圈地质记录的背景。”

通过评估这些岩石环境何时变得适宜居住，以及在某些情况下它们何时可能被埋起来并再次消毒，这项研究为深层生物圈的进化方面提供了新的见解。

“克拉通岩石形成于数十亿年前，通常在地壳深处，温度过高，不适合任何生命，”Reiners说。“直到很久以后，在侵蚀之后，目前暴露在外的岩石才达到了地壳温度适宜居住的水平。”

德雷克说，热年代学可以帮助确定研究人员可以寻找地球上最古老的地下微生物记录的区域。

他说:“芬兰东部、格陵兰岛和加拿大地盾的部分地区看起来特别有趣，这些地区的居住条件可以追溯到10亿年前甚至更早。”“这些克拉通是深入研究深层微生物演化的良好目标。”

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Thermochronologic perspectives on the deep-time evolution of the deep biosphere

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