地下多深是生命存在的极限？可能是12英里

地球表面到处都有生命，即使是在没有光的深海里。但是生命的极限有多深呢？

最新的研究提供了细菌仍然存在于地下12英里处的证据——它们可能是生活在地球最深处的生命。理解生命本身的存在极限是非常重要的，同样重要的是理解其他星球上生命的崛起，这些星球的气候和表面条件远不如地球。

耶鲁大学地质与地球物理系的本科生菲利帕·斯托达德说:“大多数研究都指出，地壳中微生物能够存活的最大深度不超过几公里——也就是说，大约一英里。”。“如果我们的数据是正确的，它将大大扩展我们对地球生物圈范围的理解。”

斯托达德和她的耶鲁同学参观了华盛顿州洛佩兹岛上的岩石。他们在裸露的岩层中发现了石闻岩墙，几百万年前，由于地质作用，岩墙从地面上升到了地表。研究人员在这些岩脉中发现了大量轻碳元素，这些元素通常是由微生物分泌含碳化合物如甲烷产生的。

美国华盛顿州海滩上裸露的岩层。耶鲁大学的研究人员在这里发现了石闻矿脉，其中含有轻碳同位素，表明其中有生命的痕迹。

对此的一种可能解释是，这些生物曾被深埋地下，从而改变了古代文石的碳同位素特征。这些微生物生活在地下深处，所以它们必须承受极端的温度和压力——这表明生命非常顽强，能够承受极端的地下环境。

“我认为我们的结果非常令人鼓舞，它表明在其他星球上可能有生命，”斯托达德说。“我们对地球上的极端环境了解得越多，我们就会越意识到生命是多么灵活。”

这个惊人的发现始于20世纪90年代。1997年，费汉在马克·布兰登教授的指导下撰写博士论文时开始了实地研究。布兰登教授现在成了斯托达德的学术导师。Feehan在1997年发现文石含有非常轻的碳同位素。

Feehan当时指出，这种同位素特征表明在非常深的地下地方有生命痕迹。然而，他强调的是石闻矿脉的地球物理特征，所以他没有深入研究地下生命的这一假设。

斯托达德和布朗登，以及耶鲁大学的丹尼·莱伊教授，决定继续挖掘这条线索。他们最近回到了华盛顿州的野外研究基地。

斯托达德解释说:“布兰登教授和我回到了费恩研究过的洛佩兹岛上裸露的岩层，看看他是否能证实他获得的数据，并更深入地研究地下生命的假设。”。

正如费恩以前所做的，斯托达德还研究了两种碳同位素的比例，碳12和碳13。地球上的碳元素主要是碳12，它包含6个质子和6个中子，而碳13包含7个中子。

生命的存在将改变碳12和碳13的比例，因为大多数生化过程——进食、生长等。—将同位素分成更轻和更重的阵营。这个过程非常简单。低编号同位素(碳12)比高编号同位素(碳13)质量轻。轻物体当然比同样大小的重物体更容易移动。同样，轻同位素更有可能参与由能量和分子反应驱动的生物过程。

斯托达德说:“因为碳12更轻，所以它在热力学上比碳13更活跃。”。“所以它移动得更快。”

甲烷是微生物产生的常见废物，含有一个碳原子和四个氢原子。当微生物消耗富碳分子并排泄甲烷时，含碳12的甲烷将比含碳13的甲烷更容易返回环境。最终环境中的碳同位素比率将会改变。

斯托达德说:“微生物产生的甲烷含有比标准同位素更高比例的重同位素。

斯托达德补充说，一些非生物过程也分离碳同位素，但效果往往不太明显。

洛佩兹岛所在的圣胡安群岛(圣胡安群岛)形成于大约1亿年前，当时恐龙还在世界上。在此之前，这些海底岩石被隐没在附近的岩层下，这一地质过程经常发生在海洋板块和陆地板块的交界处。

圣胡安群岛

埋藏在地壳下，压力和热量使黑色玄武岩变形，形成薄的白色文石矿脉。随着时间的推移，这里的微生物会分泌甲烷，并通过在黑暗、高温和高压环境中的有序代谢改变文石中的碳同位素比率。

地下水也会促进微生物在这种环境中的生存。这里的温度可能超过121摄氏度，那么这些微生物是如何生存的呢？与直觉相反，这里的超高压实际上有助于微生物的生存。高压可以使生物分子如脱氧核糖核酸更加稳定，并抵抗热量的破坏作用。

即使现在，这样的事情仍然在地球上发生。这意味着地球的生物圈可能会延伸到地表以外几英里。

斯托达德说:“我们从过去20年的研究结果中发现，生命可以存在于其多样的生态系统中，包括深海和冰川。”。“如果地下深处能让1亿年前的微生物存活，那么今天的微生物也能在那里存活。”

同样，外星生命也可以依靠这种策略在火星这样的恶劣环境中生存。

虽然地壳深处的生存环境有明显的缺陷，但进化出来的微生物已经能够承受这样的环境，它们在恶劣的地表环境中肯定有生存优势。

让我们再以火星为例。它的表面已经被宇宙粒子撞击了数百次。火星没有磁场的保护，所以火星表面形成的生命更有可能暴露在破坏性的辐射下。在地下，风险要小得多，烫伤或冻伤的风险也小得多。

“地下环境很可能有益于外星生命。因为在那里，它们将受到更好的保护，免受宇宙射线和极端表面温度的影响，”斯托达德说。"在探索其他星球时，我们应该永远记住这一点。"

斯托达德和她的同学还计划进一步研究洛佩兹岛的岩石，以查明那里是否有生命以及生命的方式。

斯托达德说:“尽管我们的同位素数据在很大程度上表明地下深处存在生命，但那里的环境仍有许多未知因素，这可能会影响我们的结论。”。“我们希望在未来几个月能够详细描述这个深层地下生态系统。”

(原文来自mnn.com，原作者:亚当·哈达奇，蝌蚪王。请注明转载来源。)