長期以來人們認為藍綠菌仰賴陽光生存,然而一個新的研究提出了新發現,以及暗示了火星生命的新可能。

西班牙紅酒河(Rio Tinto)流域中近似火星的礦物環境,吸引許多科學家前來研究在如此備受挑戰環境下蓬勃生長的奇特生物,藉此尋找在地球境外生命的可能樣貌。PHOTOGRAPH BY WESTEND61, GETTY

西班牙西南部的伊比利黃鐵礦帶,看起來就像是電影中外星世界的場景──赤色的湖泊點綴在富含鐵質的地景上,而以鮮明紅彩得名的紅酒河(Río Tinto,又稱力拓河),彷彿正在灰暗的岩石上發著光。不過一旦稍微往下深掘,這一切都將變得更加古怪。

對科學家而言,在這奇特地景下方610公尺深發現生長旺盛的藍綠菌實在是相當意外,畢竟那裡缺少陽光、水源與養分。儘管藍綠菌確實是相當多才多藝的一群傢伙,但學者們本來以為他們必須仰賴太陽輻射才能存活;研究人員已經發現,牠們幾乎能生存在地球上任何一個角落。

西班牙國家生物技術中心的博士後研究員費南多.本特桑切斯(Fernando Puente-Sánchez)說:「你跑去沙漠,那兒有藍綠菌;你跑去大海,那兒也有藍綠菌;就算你是去國際太空站,也會將藍綠菌一併帶上去,接著那些藍綠菌就會在那裡存活下來。」。

「地底最後一個我們過去未曾發現牠們的棲地。」

藍綠菌在地球歷史上扮演著重要的角色:他們負責將氧氣送入大氣中,為在這星球上或游或爬、或跳或跑或飛的生命們鋪了路。這也是為什麼刊登在今日《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的新研究促使科學家重新思索,究竟是什麼樣的東西能在我們腳下更深處存活──這或許也是我們在火星乃至更遠處探索時,應注意的生命型態。

深入鑽研

本特桑切斯當時在西班牙天體生物學中心以研究生的身分完成了這項研究,但其實最初他並不是要在黃鐵礦代的岩心中找尋藍綠菌。研究團隊反而預期找到一些與在岩表所發現的相似細菌,好比數種會氧化鐵及硫的微生物。

本特桑切斯接著說:「但實際上我們沒找到。」取而代之的是,岩石上到處都是藍綠菌。一開始他認為這是出了差錯,他回憶起當時的擔憂:「博士學位要飛了,我的指導教授會殺了我。」

研究團隊借助控制樣品確認,這些微生物並非來自鑽井泥漿或實驗室處理過程造成的污染。而且藍綠菌也不是隨機分布,不符合我們認為如果樣品浸泡到汙染液體時會發生的事。相反地,牠們沿著岩石的裂縫叢聚,在微小的氣穴中勉力存活。

研究團隊也透過稱為「酶聯螢光原位雜交」(CARD-FISH)的技術,協助鑑別出細胞蛋白質工廠的遺傳物質──也就是核醣體的存在,一旦細胞死亡,這些脆弱的物質很快便會分解,核醣體的存在證實這些細胞是活物,而非某些不知為何被推擠到深處的殘骸。

但證實這件事,卻帶來新的問題。本特桑切斯說道:「他們在這裡搞什麼鬼?又是怎麼活下來的啊?」

不用害怕黑暗

這些藍綠菌和牠們在地表蓬勃生長的同一類微生物之間並沒有太大不同。以環境基因體學來分析,牠們是那些生存在沙漠、幽暗洞穴等嚴酷環境中,以岩石為棲的微生物的後裔。

但即便在最昏暗的洞穴裡,一般認為藍綠菌還是會捕捉一些彈進來這個空間的少數光子,利用來自陽光的能量行光合作用,分解水並產生電子。所以這些在地表下的細菌,究竟是如何不倚賴陽光而生存的呢?

在這份研究中首度證實,藍綠菌(圖中以鮮紅色示意者)確實能遠離陽光的耀眼光線,存活在深入地底的岩石裂縫與孔隙中。PHOTOGRAPH BY PNAS

這些藍綠菌似乎主要是以氫氣為食,證據是岩心中有大量藍綠菌的地方就會缺乏氫氣。氫氣是微生物常見的食物來源,特別是那些生存在地表下,沒有多少選擇的傢伙們。

雖說如此,但這些地表下的藍綠菌,看起來是套用牠們在地表的遠親行光合作用的那一套機制,來處理與釋放出氫氣的電子;尤其是利用這套光合系統中的「安全閥」,也就是一種會產生少量能量的電子釋出機制。

生長在地表的微生物由於陽光充足,並不需要這些額外的能量,這個安全閥只有在陽光過盛時才會用上,用來保護牠們的細胞不被烤熟;不過在地表下藍綠菌似乎某種程度上,就是仰賴安全閥釋出所抑制的電子時帶來的微量能量來生存。

籃中的雞蛋

「這構想時太酷了。」並未參與此次研究的德拉瓦大學微生物生態學家珍妮佛.比德爾(Jennifer Biddle)說:「牠們並沒有變更太多機制就辦到了這一切。」

同樣未參與此次研究的海洋與地表下生物圈微生物學家弗吉尼亞.埃德科姆(Virginia Edgcomb)則說,即使是這樣,將光合作用系統重新利用並不是一件太讓人意外之事。微生物在嚴苛環境中必須適應才能活下去。

「這有點像是『籃子裡的雞蛋』的比喻。」她說:「把所有的雞蛋都放在同一個籃子實在是沒什麼道理──牠們需要能靈活變通,要能利用不同的碳源、不同的電受體(electron acceptors),因為在牠們的環境中機會非常有限,也難以預料。」

↑↑↑↑↑我們的氧氣有20%來自這些細菌
原綠球藻(Prochlorococcus)被認為是地球上為數最多的光合生物,提供了至多20%我們賴以呼吸的氧氣。作為海洋學家與駐會探險家的席薇亞.厄爾(Sylvia Earle),向我們介紹這些微小的細菌。

比德爾與埃德科姆都補充道,他們都曾經在過往的地表下樣本看到藍綠菌的特徵,不過到目前為止,這些微生物不是被大幅忽視,就是被視為樣本汙染。

「在這份論文之前,實在缺乏有力證據證明地表下生物圈發現藍綠菌不是樣本遭受汙染的結果。」埃德科姆表示。

火星生物的暗示

本特桑切斯提及,這項新發現或許能和搜尋外星生命有關係。特別是紅酒河流域長久以來一直被認為可以和火星做類比,因為這兒與火星上一樣,擁有豐富的鐵礦和硫礦。

這份最新研究強調了生命的適應力,以及生物群落隱藏在火星地表下以遠離致命輻射的可能性。兩輛探測車預計在2020年發射前往火星,搜尋上方的生命跡象:分別是歐洲太空總署的火星探測計畫(ExoMars)與美國國家航空暨太空總署的火星2020探測車任務(Mars 2020)。二者都搭載了蒐集岩心的鑽頭,用以尋找古老的微生物──不過也許他們會挖到更加近代的東西呢。

「我不是在說火星上有藍綠菌。」本特桑切斯強調重點是對於究竟什麼東西可能在我們星球之外發展與生存,我們應當擴展這方面的認知。

「我們要考量的是在地表下、火星這些非常惡劣的環境中,生命仍可能存在。」

撰文:MAYA WEI-HAAS

編譯:曾柏諺

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