绿色的微生物寄生在石膏上，从石膏中提取水分。约翰霍普金斯大学和UCI的研究人员进行了实验室实验，以了解这些蓝藻细菌的生存机制，证实它们将它们所占据的物质转化为无水状态。David Kisailus / UCI
通过研究智利阿塔卡马沙漠(地球上最干燥的地方之一)中最小的生物如何从岩石中提取水分，约翰霍普金斯大学、加州大学欧文分校和加州大学河滨分校的研究人员揭示了生命如何克服各种困难，在极端环境中生存。
本月发表在《美国国家科学院院刊》上的一份研究报告显示，生命是如何在缺水的地方蓬勃发展的——包括火星，它的环境与阿塔卡马类似——以及生活在干旱地区的人们可能有一天能够从可用的矿物质中获取水分。
约翰霍普金斯大学的生物学副教授、该论文的合著者Jocelyne DiRuggiero说:“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，但这是它的首次证明。”
“对于生活在干燥极限的微生物来说，这是一种惊人的生存策略，它提供了co指引我们去别处寻找生命的约束e.”
研究人员前往智利北部的阿塔卡马沙漠收集石膏样本。这些标本被带回美国，在实验室实验中使用了半毫米的材料“薄片”，最终证实了微生物在通过水提取将岩石转化为无水相中发挥的作用。David Kisailus / UCI
研究小组集中研究了世界各地沙漠中发现的一种蓝藻菌——球虫病和石膏——一种含水的硫酸钙矿物。这些定居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保护，以抵御阿塔卡马的极端温度、狂风和烈日。
迪鲁杰罗前往偏远的沙漠收集石膏样本，带回实验室，切成微生物可以发现的小块，送到加州大学洛杉矶分校材料科学与工程教授大卫·基塞勒斯(David Kisailus)那里进行材料分析。
在这项研究中最惊人的发现之一是，研究人员了解到微生物改变了它们所占据的岩石的本质。通过提取水分，它们使材料发生相变——从石膏变成硬石膏，一种脱水矿物。
据DiRuggiero说，这项研究的灵感来自于UCI材料科学与工程博士后Huang Wei，他发现数据显示，在阿塔卡马收集的石膏样本中，硬石膏和蓝藻的浓度重叠。
在智利北部的阿塔卡马沙漠，地球上最干燥的地方之一，微生物生活在一层薄薄的岩石下，以获得一些保护，免受强风、太阳辐射和热量的伤害。岩石的角落和裂缝也是水聚集的地方，虽然水量有限。图片来源:Jocelyne DiRuggiero/约翰霍普金斯大学
然后，DiRuggiero的团队让这些生物在两种不同的条件下，在半毫米大小的岩石块上定居:一种是有水的环境，模拟高湿度环境，另一种是完全干燥的环境。在有水分存在的情况下，石膏不转变为硬石膏相。
“它们不需要从岩石中获取水，它们从周围环境中获取水，”基塞卢斯说。“但当它们被置于有压力的条件下时，微生物别无选择，只能从石膏中提取水分，导致材料发生相变。”
Kisailus的研究小组结合了先进的显微镜和光谱技术来检查生物和地质对应物之间的相互作用，发现这些生物通过排出含有有机酸的生物膜，像微型矿工一样钻到材料中，Kisailus说。
黄用一种配备了拉曼光谱仪的改进电子显微镜发现，这些生物利用酸以特定的晶体学方向穿透岩石——只沿着特定的平面，它们可以更容易地接触到存在于钙离子和硫酸盐离子表面之间的水。
“这意味着火星上有生命吗?”我们不能说，但它让我们知道微生物可以有多狡猾，”DiRuggiero说。
这一发现也可能帮助研究人员开发国防方面的其他实际应用。美国陆军研究办公室项目经理罗伯特·科科斯卡补充说:“陆军对如何开发适应极端环境的微生物，在这些恶劣的野外环境中进行材料合成和发电等新应用非常感兴趣。”该办公室是美国陆军作战能力发展司令部陆军研究办公室的一个组成部分。
“这项研究为揭示这些土生土长的沙漠微生物在面对多重环境挑战时维持生存能力的进化“设计策略”提供了有价值的线索。”
参考文献:黄伟，Emine Ertekin, Taifeng Wang, Luz Cruz, Micah Dailey, Jocelyne DiRuggiero和David Kisailus，“沙漠定植微生物从石膏中提取水的机理”，国家科学院学报，2020年5月4日。DOI: 10.1073 / pnas.2001613117
该项目由陆军研究办公室和NASA提供资金。
