有机碳“自助餐”就在眼前，为何细菌还是够不着？| Nat. Geosci. 论文推荐
研究人员在海底沉积物中发现了少量的有机碳分子，这很不寻常——有机碳分子是细菌的食物，在海底属于“稀缺资源”，但它并没有完全被细菌消耗。这项研究能够帮助我们进一步理解生命生存所受到的限制。
克诺尔号科考船上的海底沉积物岩芯样品采集系统。取样管越长，它们就可以钻得越深，从而收集到更古老的沉积物，它们记录了地球海洋和气候的历史。图片来源：Emily Estes, University of Delaware
来源 伍兹霍尔海洋研究所
翻译 宋坤
审校 戚译引
在海底深处的沉积物中充满了像僵尸一样的奇特微生物。它们虽然还活着，但是生长速度非常慢，一次细胞分裂就需要几十年——而对地表微生物而言，这只需要几分钟。伍兹霍尔海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution, WHOI）开始了一项新研究，他们通过研究这些微生物附近的有机碳，也即其“食物”来源 ，来探讨它们如何生存。这项研究有助于进一步理解生命在地球上所受到的限制，进而探索生命在其他行星上存在的可能。
在 1 月 21 日的《自然·地球科学》(Nature Geoscience）上发表的一篇论文中，WHOI 的科学家报道了他们在克诺尔号（R/V Knorr）和雷维尔号（R/V Revelle）科考船上采集的较长时间尺度岩芯样品。该样品采自北大西洋和南太平洋中部。研究人员通过高强度 X 射线分析岩芯样品中的沉积物，发现其中含有少量的有机碳分子——它们是已经死亡很久的生物残留下的一些古老的蛋白质，已经在沉积物中保存了长达 2500 万年。
通常情况下，这样的有机碳很快就会被附近的微生物一抢而光。在大西洋和太平洋中部的海底沉积物中，这种有机碳并不多，因此微生物很难在这些地方生存。任何细菌遇到了这样的有机碳，都会开展一场小小的盛宴。但是因为某些原因，这些碳残余附近的微生物并没有充分享用这笔意外之财。
“纯粹从化学角度来看，它们是能够代谢这些碳的，但是它们并没有”，该论文的第一作者艾米丽·埃斯特斯（Emily Estes）说，她现在是特拉华大学（University of Delaware）的博士后研究员。在研究期间，她还是麻省理工-伍兹霍尔海洋研究所联合项目（MIT-WHOI Joint Program）的博士生，那时她与文章的共同作者科琳·汉塞尔（Colleen Hansel）直接合作。
她补充说，碳的存在很不寻常，因为沉积物中同时也含有氧。这两种化学物质通常能够被沉积物中的主要微生物利用。氧就像是生物体内新陈代谢和其他生化反应的“燃料”；而碳则为这些反应提供原料，让细胞可以重建自身结构和细胞器。但在深海沉积物中，这两者之间的平衡发生了奇特的偏移。
埃斯特斯说，目前还不清楚究竟为什么会剩余有机碳。但她的研究至少已经排除了一种现有的解释。之前的研究认为，这些细菌没有“吃掉”剩余的碳，是因为这些碳以它们无法代谢的形式存在。然而埃斯特斯和她的同事发现，这些有机碳分子的存在形式是这些微生物可以使用的，并且它们在整个沉积物中的结构基本相同。相反，她认为一个更合理的解释是这些碳跟沉积物中的矿物融合在了一起，因此不能被微生物利用。她还提出了第三种并且也有可能是最主要的机制：这些微生物就是够不着剩余的碳而已。在海底深处，这种食物源的分布非常稀疏，而微生物的运动又太迟缓，无法大范围搜寻食物。
“从微生物的角度来看，这些碳可能是遥不可及的。如果你的生存状态不允许浪费太多的能量，就像这些生物一样，那么靠游泳或者爬行来找到碳都只能说太难了，”WHOI 的微生物地球化学家科琳·汉塞尔说。
“这项研究让我最为激动的地方，在于它有助于理解生命在一般意义上受到的限制，而不论它是在海底还是另一个行星或者月球上”，她补充道，“当考虑可能支持地外微生物生命的条件时，物理环境可能与化学环境一样重要。如果微生物生活在营养呈岛状分布、在空间上相互分离的环境中，那么它就很难通过简单的慢速扩散来获得那些能量源以供生长。”
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