沉睡一亿年的生命在人为事故中苏醒

作者: 黄雨佳

来源: 环球科学

发布日期: 2023-12-07 06:00:34

1980年,美国路易斯安那州的皮内尔湖发生了一起人为事故,导致湖水涌入湖底的盐矿,形成巨大漩涡,湖水从淡水变成咸水,深度从3米增至60米。1985年,生物学家罗素·H.弗里兰在湖底盐矿中发现并培养了几种极端嗜盐古菌,这些古菌可能已经存活了数亿年,揭示了微生物长期存活于矿物晶体中的可能性。

一个原本3米深的淡水湖,在一场事故后,变成了60米深的咸水湖,一个沉睡了一亿年的生命随之苏醒。位于美国路易斯安那州杰佛森岛的皮内尔湖是一个美丽的淡水湖。这里资源丰富,湖底是钻石晶体盐业公司用于开采岩盐的盐矿,湖面上,德士古公司还打算在这里勘探石油。然而,1980年11月21日,一切都变了。那天,德士古的钻井平台错误地估算了开钻位置,钻头意外穿透了皮内尔湖底盐矿第三层的顶部。

大量湖水涌入湖底的盐矿,在湖面上形成了一个巨大的人造漩涡。原本还打算挽救钻井平台的7名船员发现平台已经开始倾斜,只好选择逃生。他们眼睁睁看着46米高的井架,消失在了这个原本只有3米深的湖中。与此同时,湖水还淹没了地下430米深处的矿洞。盐矿工人紧急疏散撤离到矿井的最高层,但灌入的湖水很快就上升到了齐腰深的位置。皮内尔湖事故示意图显示,原本平静的湖水在漩涡的作用下,水源的淡水大量涌入。

而另一头,德尔坎布雷运河也开始往湖里灌水,从墨西哥湾远道而来的咸水逆流而上,进入几乎已经空了的湖床,导致这里出现了50米高的临时大瀑布,也是路易斯安那州有记录以来最大的瀑布。与此同时,对湖底的盐矿而言,湖水的大量涌入就意味着矿内空气的快速排出。这些压缩的空气伴随涌入的湖水从主矿井喷涌而出,形成了高达122米的泥浆喷泉,间歇式喷发。

直到事故发生几天后,皮内尔湖和盐矿内的水压才达到平衡。原本被漩涡卷入湖底的11艘驳船中的9艘如神迹一般弹出,重新漂浮在水面上。同时,由于咸水大量倒灌,这个原本3米深的淡水湖变成了一个60米深的咸水湖,皮内尔湖也成了路易斯安那州最深的湖泊。

1985年,时任路易斯安那州新奥尔良大学生物学助理教授的罗素·H.弗里兰获批进入皮内尔湖底的部分废弃盐矿,收集了一些水样。弗里兰还从俄克拉荷马州的两个盐卤公司收集了水样,打算分析这些样品中的微生物组成。经过分离培养,弗里兰从中发现了几种极端嗜盐古菌,它们至少要在20%的盐水中才能存活,最佳的生存盐度为25%~30%。弗里兰首先考虑到,这些古菌可能本来就生活在皮内尔湖水和雨水中,随之进入矿井和地层。

但实验结果表明,这些极端嗜盐微生物无法在淡水或低于15%盐分的水中存活,会直接裂解。而且,弗里兰只在盐浓度较高的样本中才检测到这些嗜盐微生物。以来自俄克拉荷马州的两个样品为例,它们来自同一个盆地的不同地层,采样点相距不到400米,水源也都来自渗透进地层的雨水。两份样品的唯一区别在于盐浓度不同:一份为25%,另一份为8%。结果显示,高盐浓度样品中有大量嗜盐和耐盐微生物,而低盐浓度样品仅有耐盐微生物。

而皮内尔湖的湖水含盐量不足1%,不可能是这些嗜盐微生物的来源。排除这三种可能性后,弗里兰认为唯一剩下且合理的解释是:这些古菌原本就存在于盐矿中。它们可能在盐晶体形成时被锁在晶体内,或者以某种方式被困在晶体包裹的水中,然后在盐矿事故导致湖水涌入或雨水渗入地下后,随着晶体的溶解逐渐苏醒。如果这个假设为真,也就意味着这些古菌早在岩盐晶体形成时就已经存在。

皮内尔湖底的盐来自1.25亿~1.21亿年前的早白垩世,俄克拉荷马州盆地两处采样的地层分别距今1亿和2.5亿年。因此,这些极端嗜盐古菌很可能已经以这种形式存活了数亿年。

这篇论文发表后,越来越多的研究已经表明,微生物可能长期存活于矿物晶体中。2000年,弗里兰教授从约2.5亿年前的二叠纪地层的流体包裹体中分离培养出了一株全新的芽孢杆菌;2022年,一些科学家从澳大利亚中部的新元古代地层中发现了距今8.3亿年的微生物(但未培养);2022年的另一项研究显示,别名“柯南细菌”的抗辐射奇异球菌也能在地表以下10米的冷冻干燥条件下蛰伏2.8亿年之久。

今年10月31日,这株从皮内尔湖底盐矿分离得到的“杰佛森岛1号”古菌被弗里兰教授划定为盐红菌属的一个新物种,并命名为“霍赫斯坦的盐红菌”,以纪念科学家劳伦斯·霍赫斯坦在极端嗜盐微生物方面所作的贡献。

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