Life on the rocks

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通过研究智利阿塔卡马沙漠中最小的生物是如何从岩石中提取水分的,一组研究人员揭示了生命是如何在极端环境中生存的。

来自约翰霍普金斯大学的科学家撰写的一份报告;加州大学欧文分校;加州大学河滨分校(University of California, Riverside)的研究成果周一发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上。研究结果表明,在没有太多水的地方,包括火星,生命是如何茁壮成长的,因为火星的环境与阿塔卡马沙漠的s
2相似,而生活在干旱地区的人们也许有一天能够从可利用的矿物质中获取水分。

“长期以来,科学家们一直怀疑微生物可能能够从矿物质中提取水分,但这是首次证明,”约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)生物学副教授、该论文的合著者约瑟琳•迪鲁杰罗(Jocelyne DiRuggiero)表示。“对于生活在干旱极限的微生物来说,这是一个惊人的生存策略,它为我们在其他地方寻找生命提供了约束。”

研究小组将重点放在了铬球藻和石膏上,铬球藻是世界各地沙漠中发现的一种蓝藻细菌,石膏是一种含有水的硫酸钙
1矿物。这些殖民的生命形式存在于一层薄薄的岩石之下,这层岩石为它们提供了抵御阿塔卡马的极端温度、狂风和烈日的保护。

DiRuggiero前往遥远的沙漠采集石膏样本,带回实验室后切成小块,在那里可以找到微生物,然后送到UCI材料科学与工程教授David Kisailus那里进行材料分析。

在这项研究中最引人注目的发现之一是,研究人员发现微生物改变了它们所占据的岩石的性质。通过提取水,它们使材料
2从石膏转变为脱水矿物硬石膏。

SEM micrograph of microbes on rock

图片说明:绿色的微生物在石膏岩石上繁殖,从石膏岩石中提取水分。约翰·霍普金斯大学和加州大学欧文分校的研究人员进行了实验室实验,证实了他们将材料转化为无水状态,从而使它们能在极端环境中生存。

图片来源:David Kisailus / UCI

DiRuggiero说,这项研究的灵感来自于UCI材料科学与工程博士后学者黄伟(音译),他发现在阿塔卡马收集的石膏样本中,硬石膏和蓝藻菌的浓度存在重叠。

然后,DiRuggiero的团队让这些微生物在两种不同的条件下,在半毫米大小的被称为“息片”的岩石上定植,一种是在有水的环境下模拟高湿度的环境,另一种是完全干燥的环境。在存在水分的情况下,石膏没有转变为硬石膏相。

“他们不需要来自岩石的水,他们从周围的环境中获得,”Kisailus说。“但当它们被置于压力条件下时,微生物别无选择,只能从石膏中提取水,从而在材料中引发这种相变。”

Kisailus的团队利用先进的显微镜和光谱学技术,研究了生物和地质的相互作用。Kisailus说,他们发现这些微生物通过分泌含有有机酸的生物膜,像微小的矿工一样钻到物质中。

黄教授使用了一台装有拉曼光谱仪的改良电子显微镜,发现这些生物利用酸以特定的晶体学方向穿透岩石。只有在某些特定的平面上,它们才能更容易地接触到存在于钙离子和硫酸盐离子之间的水。

“这意味着火星上有生命吗?”我们不能说,但它给了我们一个想法,如何狡猾的微生物可以,”DiRuggiero说。

这些发现也可能帮助研究人员开发国防的其他实际应用。“军队有一个强烈的兴趣如何适应极端环境微生物可以利用材料合成和发电等新颖应用在这些严酷的部署环境,”罗伯特•Kokoska添加项目经理的陆军研究办公室,美国陆军作战能力发展的一个元素的命令。“这项研究为揭示这些沙漠原生微生物的进化‘设计策略’提供了有价值的线索,这些设计策略被用来维持它们在面对多重环境挑战时的生存能力。”

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标记微生物学,缺水

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://hub.jhu.edu/2020/05/05/water-minerals-desert-mars/

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