今天小編分享的科學經驗：這個沉睡了一億年的生命，在一次人為事故中蘇醒了，歡迎閱讀。
以下文章來源于環球科學 ，作者環球科學
圖片來源：pixabay
一個原本 3 米深的淡水湖，在一場事故後，變成了 60 米深的鹹水湖，一個沉睡了一億年的生命随之蘇醒。
撰文 | 黃雨佳
審校 | 二七
位于美國路易斯安那州傑佛森島（Jefferson Island）的皮内爾湖（Lake Peignur）是一個美麗的淡水湖。這裡資源豐富，湖底是鑽石晶體鹽業（Diamond Crystal Salt）公司用于開采岩鹽的鹽礦，湖面上，德士古（Texaco）公司還打算在這裡勘探石油。
然而，1980 年 11 月 21 日，一切都變了。那天，德士古的鑽井平台錯誤地估算了開鑽位置，鑽頭意外穿透了皮内爾湖底鹽礦第三層的頂部。
人造漩渦
可怕的事情發生了。大量湖水湧入湖底的鹽礦，在湖面上形成了一個巨大的人造漩渦。原本還打算挽救鑽井平台的 7 名船員發現平台已經開始傾斜，只好選擇逃學生。他們眼睜睜看着 46 米高的井架，消失在了這個原本只有 3 米深的湖中。與此同時，湖水還淹沒了地下 430 米深處的礦洞。鹽礦工人緊急疏散撤離到礦井的最高層，但灌入的湖水很快就上升到了齊腰深的位置。
湖底礦井本來留有的用于支撐的鹽柱，在湖水灌入後逐漸溶解，鹽礦隧道也随之坍塌。湖底的洞越來越大，更多湖水灌了進去。曾經平靜的皮内爾湖此刻好像變成了巨大的黑洞，吞噬着周遭的一切。11 艘駁船、一艘拖船、停車場、無數的樹木、35 公頃的湖畔土地、還有一座建築的一部分全都被吸入其中。目擊者稱，" 就像看着浴缸裡的小鴨子掉進下水道一樣。"
皮内爾湖事故示意圖 | YouTube via @fuadsyazwan
以往，皮内爾湖的水由朱紅 - 特切盆地（Vermilion-Teche Basin）匯入，随後從皮内爾湖經德爾坎布雷運河（Delcambre Canal）流入朱紅灣（Vermillion Bay），然後進入墨西哥灣。此時，在漩渦的作用下，水源的淡水大量湧入。而另一頭，德爾坎布雷運河也開始往湖裡灌水，從墨西哥灣遠道而來的鹹水逆流而上，進入幾乎已經空了的湖床，導致這裡出現了 50 米高的臨時大瀑布，也是路易斯安那州有記錄以來最大的瀑布。
與此同時，對湖底的鹽礦而言，湖水的大量湧入就意味着礦内空氣的快速排出。這些壓縮的空氣伴随湧入的湖水從主礦井噴湧而出，形成了高達 122 米的泥漿噴泉，間歇式噴發。
德爾坎布雷運河倒流形成的瀑布 | YouTube via @ankerssm
直到事故發生幾天後，皮内爾湖和鹽礦内的水壓才達到平衡。原本被漩渦卷入湖底的 11 艘駁船中的 9 艘如神迹一般彈出，重新漂浮在水面上。同時，由于鹹水大量倒灌，這個原本 3 米深的淡水湖變成了一個 60 米深的鹹水湖，皮内爾湖也成了路易斯安那州最深的湖泊。
沉睡了一億年的生命
1985 年，時任路易斯安那州新奧爾良大學（University of New Orleans）生物學助理教授的羅素 · H. 弗裡蘭（Russell H. Vreeland）獲批進入皮内爾湖底的部分廢棄鹽礦，收集了一些水樣。弗裡蘭還從俄克拉荷馬州的兩個鹽滷公司收集了水樣，打算分析這些樣品中的微生物組成。經過分離培養，弗裡蘭從中發現了幾種極端嗜鹽古菌，它們至少要在 20% 的鹽水中才能存活，最佳的生存鹽度為 25%～30%。
在地下鹽水中發現廣鹽性細菌（能在鹽度大幅變化的水網域中生存的細菌）并不罕見，因為它們可能随雨水進入地層，并在穿越地層的過程中，逐漸适應不斷升高的鹽度。然而，極端嗜鹽古菌只能在高鹽環境下生存，因而在地下鹽水中極為稀罕。它們究竟是從哪兒來的呢？
皮内爾湖旁礦井的泥漿噴泉 | YouTube via @ankerssm
弗裡蘭首先考慮到，這些古菌可能本來就生活在皮内爾湖水和雨水中，随之進入礦井和地層。但實驗結果表明，這些極端嗜鹽微生物無法在淡水或低于 15% 鹽分的水中存活，會直接裂解。而且，弗裡蘭只在鹽濃度較高的樣本中才檢測到這些嗜鹽微生物。
以來自俄克拉荷馬州的兩個樣品為例，它們來自同一個盆地的不同地層，采樣點相距不到 400 米，水源也都來自滲透進地層的雨水。兩份樣品的唯一區别在于鹽濃度不同：一份為 25%，另一份為 8%。結果顯示，高鹽濃度樣品中有大量嗜鹽和耐鹽微生物，而低鹽濃度樣品僅有耐鹽微生物。而皮内爾湖的湖水含鹽量不足 1%，不可能是這些嗜鹽微生物的來源。
考慮到這些水樣的采樣點是與外界直接相通的，弗裡蘭還探讨了這些極端嗜鹽古菌是否可能通過管道或礦井等途徑從地表進入。但研究人員從未在任何高鹽湖泊中檢測到這類極端嗜鹽微生物。而且，皮内爾湖附近雨量豐富，地質和地形條件也不适合高鹽環境形成。因此，附近的地表似乎并不存在這類微生物源。
既然如此，這些古菌是否可能原本只是普通細菌，後來才演化出極端嗜鹽的特殊能力呢？從分子生物學角度看，古菌和細菌的差異非常大，細菌很難通過一系列突變就演化成古菌。從湖水注入到弗裡蘭采樣的時間僅有 5 年，這樣短暫的時間内發生如此顯著的演化是極不可能的。倘若果真如此，那這種變異率已經遠遠超過了科學家所知的任何物種。
二疊紀的岩鹽晶體 | 原論文
排除這三種可能性後，弗裡蘭認為唯一剩下且合理的解釋是：這些古菌原本就存在于鹽礦中。它們可能在鹽晶體形成時被鎖在晶體内，或者以某種方式被困在晶體包裹的水中，然後在鹽礦事故導致湖水湧入或雨水滲入地下後，随着晶體的溶解逐漸蘇醒。
如果這個假設為真，也就意味着這些古菌早在岩鹽晶體形成時就已經存在。皮内爾湖底的鹽來自 1.25 億 ~1.21 億年前的早白垩世，俄克拉荷馬州盆地兩處采樣的地層分别距今 1 億和 2.5 億年。因此，這些極端嗜鹽古菌很可能已經以這種形式存活了數億年。
這篇論文發表後，越來越多的研究已經表明，微生物可能長期存活于礦物晶體中。2000 年，弗裡蘭教授從約 2.5 億年前的二疊紀地層的流體包裹體中分離培養出了一株全新的芽孢杆菌；2022 年，一些科學家從澳大利亞中部的新元古代地層中發現了距今 8.3 億年的微生物（但未培養）；2022 年的另一項研究顯示，别名 " 柯南細菌 "（Conan the Bacterium）的抗輻射奇異球菌（Deinococcus radiodurans）也能在地表以下 10 米的冷凍幹燥條件下蟄伏 2.8 億年之久。
發表抗輻射奇異球菌相關研究的《天體生物學》（Astrobiology）當期封面 |《天體生物學》
因此，随着科技的發展，在合适的條件下，或許越來越多與恐龍同時代（甚至更早）的微生物将穿越時空與我們相見。
今年 10 月 31 日，這株從皮内爾湖底鹽礦分離得到的 " 傑佛森島 1 号 "（JI-1）古菌被弗裡蘭教授劃定為鹽紅菌屬（Halorubrum）的一個新物種，并命名為" 霍赫斯坦的鹽紅菌 "（Halorubrum hochsteinianum），以紀念科學家勞倫斯 · 霍赫斯坦（Lawrence Hochstein）在極端嗜鹽微生物方面所作的貢獻。
參考文獻
[ 1 ] https://link.springer.com/article/10.1007/s00792-023-01320-4
[ 2 ] https://www.motherjones.com/environment/2013/08/sinkhole-swallowed-11-barges/
[ 3 ] https://en.wikipedia.org/wiki/Lake_Peigneur
[ 4 ] https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4615-3730-4_7
[ 5 ] https://www.economist.com/science-and-technology/2023/11/15/was-an-ancient-bacterium-awakened-by-an-industrial-accident
[ 6 ] https://www.nature.com/articles/35038060
[ 7 ] https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/50/8/918/613521/830-million-year-old-microorganisms-in-primary
[ 8 ] https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2022.0065
[ 9 ] https://www.youtube.com/watch?v=p_iZr2-Coqc
[ 10 ] https://www.youtube.com/watch?v=cNo-gEPWVnM
如需轉載請聯系原作者
歡迎轉發到朋友圈
