在数百万年前的坚固岩石中发现的生命-激发了对火星生命的新探索

东京大学副教授铃木洋希（Yohhey Suzuki）致力于开发一种新的方法来制备岩石样品，以寻找海底深处的生命。这是他使用特殊的环氧树脂制备的一块岩石薄片的示例，以确保岩石在切割时保持其形状。

生活在海底深处的新发现的单细胞生物为研究人员提供了有关它们如何在火星上找到生命的线索。在研究人员经过十多年的反复试验以寻找一种检查岩石的新方法之后，发现这些细菌生活在火山岩内部的微小裂缝中。

研究人员估计，岩石裂缝是一个像人类肠道一样密集的细菌群落的所在地，每立方厘米（0.06立方英寸）约有100亿个细菌细胞。相反，据估计，生活在海底泥沙中的细菌的平均密度为每立方厘米100个细胞。

东京大学副教授铃木阳平（Yohhey Suzuki）和日本各地的合作者最先在海底深处的坚固岩石中找到了生存的机会。

“我现在几乎过高地期望我能在火星上找到生命。如果不是这样，那一定是生命依赖火星所没有的其他过程，如板块构造学。”东京大学副教授Yohey Suzuki说道，他指的是地球上的陆地运动最容易引起地震。铃木是宣布这一发现的研究论文的第一作者，该论文于2020年4月2日发表在《通信生物学》上。

黏土矿物的魔力

铃木说：“看到岩石中如此丰富的微生物生活，我认为这是一个梦想，”他回忆起自己第一次在海底岩石样品中看到细菌。

海底火山喷出的熔岩大约为摄氏1200度（华氏2,200度），随着冷却并变成岩石，岩石最终会破裂。裂纹很窄，通常小于1毫米（0.04英寸）。在数百万年的时间里，这些裂缝充满了粘土矿物质，就像陶器制作时所用的粘土一样。细菌以某种方式进入这些裂缝并繁殖。

这些裂缝是生活中非常友好的地方。粘土矿物就像地球上的魔法物质。如果您能找到粘土矿物，您几乎总能找到其中生活的微生物。铃木解释说。

裂缝中发现的微生物是需氧细菌，这意味着它们使用类似于人类细胞依靠氧气和有机营养物来产生能量的过程。

“老实说，这是一个非常意外的发现。我很幸运，因为我几乎放弃了。”铃木说。

巡游深海样本

铃木（Suzuki）和他的同事在岩石样本中发现了细菌，他在2010年末的综合海洋钻探计划（IODP）期间帮助收集了这些细菌。IODP Expedition 329带领了一组研究人员，从太平洋中部的热带大溪地岛到新西兰的奥克兰。该研究船在横跨南太平洋涡流的路线上的三个位置上方锚定，并使用一条5.7公里长的金属管到达海底。然后，用钻头从海底以下切开125米，并取出岩心样本，每个岩心样本的宽度约为6.2厘米。海底下面的前75米是泥沙，然后研究人员又收集了40米的固体岩石。

根据位置的不同，岩石样本估计有1350万，3350万和1.04亿年的历史。收集地点不在任何热液喷口或海底水道附近，因此研究人员相信细菌是独立到达裂缝的，而不是被洋流压入的。铃木还对人造岩心样品进行了灭菌处理，以防止表面污染，方法是使用人工海水冲洗和快速燃烧，铃木将其与制作aburi（火烧）寿司进行了比较。

好氧细菌密密麻麻地生活在这种固体岩石样本中发现的粘土矿物的隧道中，该样本是从海底以下122米处收集的。图像B的放大倍数是图像A的1,000倍。每个图像中的左侧照片是使用普通光拍摄的，右侧照片是使用荧光灯拍摄的。固态玄武岩岩石为灰色，粘土矿物为橙色，细菌细胞为绿色
球
体。2020年，DOI：10.1038 / s42003-020-0860-1

当时，在岩石样品中发现细菌的标准方法是削去岩石的外层，然后将岩石的中心磨成粉末，然后从碎石中计数出细胞。

他回忆说：“我用锤子和凿子发出巨响，打破了岩石，而其他所有人都在用他们的泥土安静地工作。”

如何切一块石头

多年以来，铃木继续希望可能存在细菌但找不到细菌，因此他决定需要一种新方法来专门研究穿过岩石的裂缝。他在病理学家准备超薄切片的身体组织样本以诊断疾病的方式中发现了灵感。铃木决定在岩石上涂特殊的环氧树脂，以保持岩石的自然形状，以使岩石切成薄片时不会碎裂。

然后用染色DNA的染料洗涤这些薄片的固体岩石，并置于显微镜下。

细菌以发光的绿色小球出现，紧紧地堆积在发光橙色的隧道中，周围被黑岩石包围。橙色的光芒来自黏土矿物沉积物，这是“神奇的物质”，为细菌提供了一个迷人的生活场所。

全基因组DNA分析确定了存在于裂缝中的不同细菌种类。来自不同位置的样本具有相似但不相同的细菌种类。不同位置的岩石年龄不同，这可能会影响哪些矿物有时间积累，因此会影响裂缝中最常见的细菌。

铃木和他的同事推测，粘土矿物填充的裂缝会浓缩细菌用作燃料的养分。这可以解释为什么岩石裂缝中细菌的密度比海水中稀释养分的泥浆沉积物中自由生活的细菌的密度高八个数量级。

从海底到火星

填充深海岩石裂缝中的粘土矿物很可能类似于火星表面岩石中的矿物。

“矿物质就像指纹，说明粘土形成时所处的条件。铃木说：“中性至弱碱性水平，低温，中等盐度，富铁环境，玄武岩—所有这些条件在深海和火星表面之间共享。”

铃木的研究小组开始与NASA的约翰逊太空中心进行合作，以设计一项计划，以检查火星车从火星表面收集的岩石。想法包括将样品锁定在钛管中，并使用CT（计算机断层扫描）扫描器（一种3D X射线）在粘土矿物填充的裂缝中寻找寿命。

铃木说：“没有人期望在海底下面的坚硬岩石中发现这种生命，这可能正在改变寻找太空生命的游戏。”

参考：“在33.5-1.04亿年前的洋壳中，玄武岩界面发生了深层微生物扩散”，Yohhey Suzuki，Seiya Yamashita，Mariko Kouduka，Yutaro Ao，Hiroki Mukai，Satoshi Mitsunobu，Hiroyuki Kagi3，Steven D'Hondt，Fumio Inagaki， 2020年4月2日，雪野由纪（Yuki Morono），星野达彦（Tatsuhiko Hoshino），富冈直孝（Naotaka Tomioka）和伊藤元雄（Motoo Ito）。通讯生物学.DOI：
10.1038 / s42003-020-0860-1