高北极地区盐泉中发现的微生物群落 或可揭示火星上的生命蓝图

2022年07月19日 20:19 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

通过对极咸、极冷、几乎无氧的加拿大高北极地区的微生物进行基因组分析,科学家们首次证明了在与火星相似的条件下,其仍可通过摄入简单的无机化合物而生存。换言之,这项研究揭示了潜在的火星生命形式的蓝图。

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采样地点(图自:Elisse Magnuson)

SCI Tech Daily 指出,加拿大高北极地区的永久冻土,其环境与火星上的某些地方十分相似。

正因如此,如果你想要更好地了解火星上曾经、或可能仍然存在的生命类型,这里就是个非常值得借鉴的地方。

在极度艰难的条件下开展了广泛的搜索后,麦吉尔大学的科学家们,发现了以前从未发现过的微生物。

此外研究团队还通过使用尖端的基因组技术,来深入了解了它们的新陈代谢。

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研究配图 - 1:MAG / SAG 的分类多样性和新颖性

在《ISME Journal》期刊上发表的一篇论文中,研究人员首次见到了生活在加拿大高北极地区的独特微生物群落。

在与火星类似的条件下,这些微生物仍可通过摄入和呼吸简单的无机化合物(如甲烷、硫酸盐、硫化物、二氧化碳、以及一氧化碳)来维持生存。

这一发现是如此引人注目,以至于欧洲宇航局(ESA)也选用了这里的表层沉积物样本,来对即将用于 ExoMars 火星生命探索任务的设备展开测试。

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研究配图 - 2:Lost Hammer Spring 泉水沉积物中表达的关键代谢基因

位于加拿大北极高地 Nunavut 的失落锤泉,是迄今发现的最咸和最冷的陆地泉水之一。

在穿过了 600 米(2000 英尺)的永久冻土并到达地面后,这里的泉水盐度达到了 24% 左右。

同时这里常年处于零度以下(约 -5℃ / 23℉),且几乎不含氧气(溶解氧 < 1 ppm)。

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研究配图 - 3:高质量 MAG 和中等质量 SAG 中的代谢潜力和基因表达

极高的盐浓度,使得这里在零度以下也能够维持液态水的存在 —— 而在火星上的某些地区,也有被观察到广泛分布的沉积岩和潜在的冷盐泉。

即使之前已有研究揭示在这种环境中存在微生物的证据,但本文也是为数不多的发现微生物存活且活跃的研究之一。

为深入了解火星上可能存在的生命形式,研究人员使用了最先进的基因组工具和单细胞微生物学方法,来识别和表征这处依然活跃的微生物群落。

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研究配图 - 4:MAGs / SAGs 和 JGI 分类的 unbinned 基因的相对表达百分比

由麦吉尔大学自然资源科学系的 Lyle Whyte 带领的研究团队指出 —— 找到微生物,并对其 DNA / mRNA 进行测序,并不是一件容易的事情。

在实验室研究生、研究一作 Elisse Magnuson 解释称:“在得以成功检出活跃的微生物群落之前,我们已经花了几年时间来处理沉积物”。

环境的咸味会干扰微生物的提取、分离和测序,但当它们找到活跃的微生物群落的证据时,大家还是对这番体验感到极度满意。

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研究配图 - 5:ANME-1 SAG 的代谢重建

在重建了基因组的大约 110 种微生物中,大部分都前所未见,研究团队借此确定了这些微生物是如何在这种极端且独特的环境中生存并繁衍的。

比如通过 mRNA 测序,研究人员得以识别基因组中的活跃基因,并从本质上分辨出那些在极端盐泉环境中活跃代谢的非同寻常的微生物。

其特点是不依赖于有机物质或氧气来生存,反而通过摄入或呼吸简单的无机化合物 —— 例如甲烷、硫化物、硫酸盐、一氧化碳、以及二氧化碳。

所有这些都有在火星上被发现,且它们能够固定大气中的二氧化碳和氮气,这些都让它们高度适应极端环境中的生存和繁衍。

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研究配图 - 6:假想中的火星甲烷循环模型

下一步,研究人员打算培养并进一步对这个奇异的微生物生态系统中最丰富和最活跃的成员进行表征,以更好地了解它们如何能够在这个地方焕发生机。

最终研究人员希望,这能够反过来帮助 NASA 好奇号火星车,解释最近从火星盖尔陨坑上探测到的神秘硫 / 碳同位素。

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