能量驅動地球，它是所有生物成長、發展和運轉所必須的東西。但是細胞需要消耗多少能量呢？海底下的沉積物微生物（可能超過海洋本身發現的微生物細胞）正在提供一些令人驚訝的答案。這種生物不僅挑戰了科學家認為他們了解生命能量需求的知識，而且暗示了定義生命是什麼以及我們将在何處找到生命的新方法。

上周，在《科學進展》雜志上，研究人員展示了迄今為止最完整的海底之下奇怪的，隐藏的生物圈的照片。海洋鑽探探險隊反複探測了那些淺色的深度和未被發現的細胞，這些細胞幾乎可以在懸浮的動畫中生存，所消耗的能量比其近鄰的能量少幾個數量級。但是，這項新研究提出的模型表明，這種僵屍狀态可能适用于海洋沉積物中的絕大多數微生物，而且它們通常以接近生命理論最低限度的能耗為生。

倫敦瑪麗大學的地球生物學家，新模型研究的主要作者詹姆斯·布拉德利說：“整個細胞生物圈的遍布了全世界，如果都像我們這樣生物消耗能量，地球沒有足夠的能量讓它們生存。”

為了了解生活在海底沉積物中的微生物，科學家通常必須進行鑽探探險以獲取其樣本。但是這些任務是困難且昂貴的，而且地球表面70％的表面都被海洋覆蓋，“我們很快意識到，我們并沒有獲得繪制海底沉積物真正需要的樣本數量，” 南加州大學暗能量生物圈調查中心主任、論文合著者揚·阿曼德（Jan Amend）說，“因此，我們需要使用現有的數據，并通過建模方法擴展這些數據。”

為此，阿曼德、布拉德利及其團隊的其他成員将海洋劃分成數十萬個部分，并使用數十年來的探險、實驗室實驗和理論模型得出的數據，來推斷每一個較年輕的沉積物的詳細資料。他們估計的值包括沉積物的年齡，其中的細胞密度和分布，這些細胞如何獲得能量以及細胞代謝可用營養素的速率。

根據這些值，研究人員計算了每個區域中細胞的功耗——細胞獲取和使用能量的速率，而不僅僅是能量本身的數量。田納西大學諾克斯維爾分校的微生物學家凱倫·勞埃德（Karen Lloyd）說：“這很重要，因為這是談論生命能量的更準确的方法。時間對生命至關重要。”

他們發現，埋藏在海洋沉積物中的細胞在難以置信的低功率水平上工作。總的來說，這些沉積物中的微生物，在一些地方可能延伸到海底以下幾公裡，總共隻消耗了海洋上200米消耗的十分之一的功率。平均而言，每個細胞在沉積物埋藏中存活的功率水平都明顯低于"世界上一些能量最匮乏的東西"，正如勞埃德所說，其數量級比實驗室環境中測量的任何生物體都低。

該計算與該團隊成員較早的理論工作相一緻，該團隊成員在2015年試圖估計生命所需的最低能量，其前提是即使深度休眠的細胞也必須修複對其必需分子的随機損傷才能生存。他們發現，對于單個細胞，此功率最小值徘徊在10^(-21)瓦左右。這大約是每天一次将千分之一的鹽粒提升至一納米所需的功率。（作為參考，人體平均使用的閱讀燈功率約為100瓦。）新模型表明，生活在海底沉積物中的細胞所消耗的功率僅略多于此。

盡管以前已經針對單個海底站點進行了此類測量，但它們往往在某種程度上孤立地存在。勞埃德說：“我們在這裡和那裡做了很多無聊的事，但實際上，這篇論文将它們放在一起，并放到了全球視野。”

該研究估計的含義是，這個地下生物群落幾乎沒有細胞分裂：那裡的一些個體細胞可能存在1億年的曆史。這也意味着在所有時間内，這些細胞可能根本沒有進化或改變太多。這是一個以停滞為特征的生物圈。“确實，大多數細胞幾乎沒有堅持下來，”阿曼德說，“我們關于細胞如何進化的概念，超出了這個難以置信的大型生物圈的視野。”

然而，由于它們的數量和存活的年代，這些僵屍細胞在甲烷的産生、地球上最大的有機碳池的降解以及其他過程中起着重要作用。勞埃德說：“它們是如此低能耗，但實際上它們對地球産生了巨大的影響。”

總而言之，“生命并不需要太多的能量，”她補充說。這就開辟了生命存在于科學家可能從未見過的領域中的可能性，包括在惡劣環境的行星上。舉例來說，也許細胞可以通過努力争取生存直到環境好轉而在曾經有海洋的世界中生存。

盡管此模型是全面的，但仍不完善：它着眼于可追溯到260萬年前的較年輕的地下沉積物。深層沉積物中的微生物可能消耗的能量更少，而其他海底生境中的細胞（例如地殼的岩石）可能消耗的能量更多。

該模型中的假設也值得進一步審查。羅德島大學（University of Rhode Island）的海洋學家史蒂夫·德·洪特（Steve D’Hondt）表示：“這裡有很多細節值得我們深思。”他說，例如，一些新工作對有氧和無氧代謝地理分布的估計并不完全符合先前的發現。

但這是意料之中的，德·洪特補充說：模型可以發現模式并為進一步的測試做出預測。日本海洋地球科學技術局的微生物學家Yuki Morono發現，布拉德利及其同事的建模工作補充了他對深層沉積物生命的發現——可能有助于填補一些空白。

Morono和德·洪特是一個研究小組的負責人，他們在兩周前宣布，他們已經恢複了被困在海底下長達一億年的沉睡中的細菌。他們辛苦地誘使這些沉積物中的大多數休眠細胞恢複到更加可識别的存活狀态。但是，當他們在以前的研究中嘗試使用更年輕、營養更豐富的沉積物嘗試相同的實驗時，他們隻能使一小部分微生物複活——這是違反直覺的結果，因為這些細胞生活在看起來不太苛刻的環境中。

布拉德利（Bradley）的新論文中的模型暗示了一個可能的解釋：當1億年前的沉積物首次形成時，被困微生物實際上可能具有更多的能量或能力。根據Morono的說法，也許是這種初始狀态，随後能量水平立即下降，随着細胞被更深地埋藏，某種程度上使長期生存變得更可能。

他希望研究人員将繼續将更多研究的信息整合到模型中，以獲取這些見解。但是，建模似乎已經幫助确認了許多科學家懷疑的東西。“生命的邊緣是什麼？要成為生命，您需要什麼？” 勞埃德說，“結果不是很多。”

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!