地球深處有動物存在嗎? 線蟲耐高溫高壓

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惡魔蠕蟲(Halicephalobus mephisto)的學名來源於《浮士德》裡面惡魔的名字

在生物薄膜上的一條線蟲新浪科技訊北京時間2月2日消息，在地球表面以下兩三公里的地方，你會發現一個充滿著堅固岩石，溫度很高，而且氧氣極其稀薄的環境。然而，就在這樣的環境中，也有動物在堅強地生活著。在南非的幾個金礦，科學家在黑暗、酷熱的地下深處發現了一些微小的蠕蟲。這是目前發現的生活環境最深的動物。沒有人知道它們是如何到達那裡，而它們可能已經在那裡生活了數千年時間。它們的存在表明，複雜生命能夠存活的環境深度，已經遠遠超出了科學家以往的估計。20世紀80年代，科學家發現，有些生命能在地球表面以下數百米的地方生存。不過，大多數科學家認為，只有細菌等單細胞的生命體才能在地球深處存活，因為那裡酷熱、黑暗，而且氧氣稀少。地球深處也無法提供多少食物，任何動物要想存活下來，需要非常艱難才能獲得足夠的能量。有一位科學家卻不這麼認為。加埃唐?博爾格尼(Gaetan Borgonie)此前在比利時根特大學任職，目前在比利時根特布呂赫極端生命研究所工作。他認為，有一類動物可以在地殼深處存活，那就是線蟲。線蟲極其頑強，能夠應對極端的高溫、低溫和乾燥環境。它們具有一種聰明的生存策略。

一隻鑒定存疑的線蟲(Poikilolaimus sp。)，發現於Kopanang金礦1.4公里的地下深處。

發現於1.3公里地下深處的惡魔蠕蟲線蟲能進入一種特殊的狀態，稱為“多爾階段”(dauer stage)。在這種狀態下，它們能度過長期的惡劣環境條件，當情況好轉時再蘇醒過來。這一點與水熊很像。水熊堪稱是地球上生命力最頑強的動物，它們在休眠時能經受住沸水、冰凍、極端乾燥等考驗，甚至在外太空也能存活。在多爾階段，線蟲的生命活動陷入停滯，新陳代謝極其緩慢。引發線蟲進入這一階段的是一種外激素，只有當食物缺乏、高溫或個體數量過多的時候才會發揮作用。多爾階段時的線蟲極為頑強。2003年，當哥倫比亞號太空梭進入地球大氣層發生爆炸，最終墜毀，而機上攜帶的線蟲竟然存活了下來。在地球的幾乎每一個地方，都可以發現線蟲的蹤跡。它們出現於溫泉、沙漠、高山，以及海洋最深處。它們生活在南極洲，生活在其他動物(包括人類)的肚子里，甚至是抹香鯨的胎盤內部。如果地球深處有動物存在，那會不會就是線蟲呢？博爾格尼決定自己尋找答案。由於缺乏研究經費，他最後與普林斯頓大學的圖裡斯·沃斯托特(Tullis Onstott)進行合作，後者也認為線蟲能在地下深處存活。兩個人利用自己的積蓄，前往南非展開研究。之所以選擇南非的金礦，是因為那裡是陸地上人類可以進入的最深的地方。礦工們鑽探的深度達到了3.2公里以上，研究者得以有機會進入神秘的地下世界。博爾格尼在酷熱、潮濕的礦井中尋找生命的跡象。他採集鑽孔里的水樣，進行過濾，然後尋找是否有生命存在。這些鑽孔是採礦地質學家留下的，用於在採礦之前檢查氣體和水分的情況。

從Kopanang金礦採集的生物薄膜。圖中箭頭顯示的是細菌個體。

惡魔蠕蟲在顯微鏡觀察時，博爾格尼發現了大量微小的線蟲，這是首次在如此深的地方發現有生命存在。在此之前，人們最深只在地下幾十米的地方發現過線蟲。接下來，他們要確定這些線蟲是來源於礦井內部，而不是伴隨礦工的鞋子，或者其他方式進入礦井。為了驗證這一點，博爾格尼在一年時間裡檢測了31582升採礦作業中所用的水。他還對鑽孔附近的土壤進行了分析。他沒有在採礦用水中發現線蟲，表明這些線蟲不是從礦井之外被帶進來的。土壤中的線蟲屬於不同的物種。他還發現，這些線蟲喜歡攝食礦井中的細菌，而不是礦井之外的細菌，表明它們已經很好地適應了地下深處的生活。研究團隊在2011年發表了他們的發現。“當你進入地下的時候，壓力會逐漸增加，溫度上升，氧氣減少，食物也變得稀少，”博爾格尼說，“因此要想在地下深處找到多細胞生命，簡直太瘋狂了。”然而，他不僅找到了，而且還不止一種。在3個金礦中，博爾格尼發現了4種不同的線蟲。其中兩個物種——Plectus aquatilis和另一種未知的線蟲——發現於德里方丹金礦，深度為0.9公里，溫度為24攝氏度。它們的風頭被惡魔蠕蟲(Halicephalobus mephisto)蓋過。這種線蟲生活在地下1.3公里的深處，這裡的溫度達到37攝氏度，比大部分線蟲能生存的區域都要熱。在研究結果發表時，許多媒體都將惡魔蠕蟲描述為已知分布最深的現生動物，或者至少令人產生了這樣的印象。但是，情況並非如此。科學家在TauTona金礦發現了另一個物種的DNA，存在於3.6公里深的地方，那裡的溫度達到了48攝氏度。這個神秘的物種才是目前已知分布最深的動物。“因為惡魔蠕蟲獲得了所有的關注，它出現在1.3公里深處，被認為是分布最深的動物，但實際上並不是，”博爾格尼說道。而且，根據博爾格尼的研究，這些線蟲並非在生存線上掙扎求生，而是在地下世界裡過得十分自在。它們以黏糊糊的生物薄膜為食，這是由數百萬細菌聚集而成的群落，每個細菌比線蟲小大約100億倍。這些生物薄膜站在人工的鑽孔表面，這表明人類在採礦活動中，不經意間為線蟲提供了絕佳的生存環境。

生物薄膜上的線蟲，發現於南非德里方丹

惡魔蠕蟲低濃度的氧氣條件也難不倒線蟲。人類在呼吸時需要氧氣含量為21%的空氣，而線蟲在氧含量僅為0.5%的時候也可以活得很好。高溫也不是問題，即使是在48攝氏度的TauTona金礦。科學家已經發現，一些線蟲物種能在61攝氏度的熱泉中生存。在進入地下深處之前，這些線蟲似乎已經演化出忍耐高溫和高壓的能力。遺傳學檢測結果表明，惡魔蠕蟲與Halicephalobus gingivalis的關係最為密切。這是一種以細菌為食的線蟲，有時會寄生在馬、驢、斑馬甚至人類身上。類似的，Plectus aquatilis是一種常見的淡水線蟲。這兩種線蟲都演化出了忍耐低氧和高溫的能力，因而不需要額外的適應過程。博爾格尼說：“儘管地下深處的條件非常極端，但對於線蟲來說卻不那麼極端。”他指出，生活在土壤中的線蟲可能在24小時內就會經歷“從灼熱的陽光到極度的乾燥，再到水淹或冰凍的變化”。“它們在一整年裡，每天都會經歷這樣的壓力，”博爾格尼說，“線蟲在尋找早餐、午餐和晚餐時會經歷極端的環境條件。考慮到這些，你就不會對它們能在地下的極端環境中生存感到驚奇。”令人感到不解的是，這些線蟲一開始是怎麼到達地下深處的，以及它們在那裡存活了多長時間？碳元素測定顯示，發現這些線蟲的水體年齡在3000到12000年之間，這意味著，這些線蟲至少在3000年前就來到了這一深度，不過這還不是定論。它們也有可能是被地面的古老雨水順著岩石縫隙沖刷到地下深處。無論是以什麼樣的方式來到地下，這些線蟲似乎也沒有回到地面的理由。“與地面上的線蟲相比，這些線蟲的生活就像是在夏令營，”博爾格尼說，“地下深處提供了更加穩定的環境，而地表環境每一小時都會發生變化。”

一隻學名為Monhystrella parvella的線蟲

Monhystrella parvella是現生地下生活環境最深的物種只要有持續的氧氣和食物流入，溫度也不突然變高，那這些線蟲就會過得很好。如果環境變糟，它們也會進入多爾階段，等待惡劣條件的過去。這也意味著，我們或許能在更深的地方發現線蟲的存在。影響線蟲生存深度的最重要因素可能是溫度。儘管單細胞生命體能在極高的溫度下存活，但像線蟲這樣的複雜生命如果能應對60攝氏度以上的高溫，也會令人感到不可思議。無論深度記錄如何，我們現在已經知道，生命確實能在非常深的地下生存，類似的例子也越來越多。2008年的一項研究發現，一些微生物能在海床以下1.6公里的地方存活，那裡的溫度在60到100攝氏度之間。2013年，科學家在克羅埃西亞一個地面以下1公里的洞穴中發現了一種小型的蝸牛。這種蝸牛具有透明的外殼，表明它已經高度適應了洞穴里的生活。2014年10月，耶魯大學的研究者報告稱在地下19公里的深處發現了細菌存在的證據。他們對美國華盛頓州洛佩茲島的岩石進行了分析，發現其中含有異常高的輕質碳，這是產甲烷微生物存在的標誌。該研究指出，生活在地殼深處的微生物改變了岩石的化學組成。與此同時，博爾格尼也在其他較深的地方尋找線蟲的蹤跡。2015年8月，他在礦井巷道頂部懸掛的鐘乳石上發現了20種線蟲。這是第一次在如此獨特的環境中發現線蟲的存在。其中一種線蟲，Monhystrella parvella，通常出現在海洋里，而此時卻出現在Beatrix金礦中的一個鐘乳石內部，距離地面1.4公里。鐘乳石上並沒有明顯的裂縫，因此線蟲是在鐘乳石剛形成時就被包裹在裡面，表明它們具有穩定的食物來源。Monhystrella parvella還出現在TauTona金礦3.6公里的深處，正是在同一個鑽孔中，研究者採集到了一個未知線蟲物種的DNA。目前，這兩種線蟲分享著地下最深處居民的稱號。那麼問題又來了，這些線蟲來自哪裡呢？

一隻鑒定存疑的甲殼類動物(可能是Amphiascoides sp。)，採集自德里方丹金礦

Mylonchulus brachyurus是一種肉食性線蟲作為一個海洋物種，Monhystrella parvella需要鹽水才能生存。鐘乳石內的水足以為它們提供較高的鹽度，但這個金礦位於南非中部，距離最近的海洋也有數百公里。一種可能是，這些線蟲在2.5億至3.5億年前被帶入金礦中，當時這個區域淹沒在一個內陸海之下。鹽水可能經過岩石縫隙進入到了地下深處，也將線蟲帶到那裡。另一種可能是，南非擁有許多高鹽的盆地，大群的鳥類定期造訪這些盆地，它們有可能將海岸的線蟲帶到了金礦的地面。不過，博爾格尼認為這種可能性很小，因為在沒有持續鹽水供應的環境中，這些線蟲會很快死去。從目前的發現來看，地下深處的生物多樣性遠比之前預想的高得多。在近日發表於《自然-通訊》(Nature Communications)的一篇文章中，博爾格尼及其同事報道了在德里方丹金礦和Kopanang金礦的一些新發現。在他們採集水樣的鑽孔中，不僅存在細菌和線蟲，也生活著真菌和其他一些小型動物，包括扁蟲、環節動物、輪形動物，甚至有一個可能是甲殼動物的物種。這些生物的生活方式也多種多樣。有些真菌似乎會感染線蟲，表明它們營寄生生活。此外，其中一種線蟲Mylonchulus brachyurus是肉食性的。它比其他種類更大，以較小的動物為食。儘管所採集的樣品在深度和年齡上有很大差別，但所有金礦中的生態系統具有很高的相似性。顯然，一些動物類群更擅長在地下深處生存。幾乎所有的物種都來自地面。與最初研究中發現的線蟲一樣，其他生物似乎也沒有因為“搬到”如此深的地方而改變太多。無論在那裡生存，這些生物都演化出了相當靈活的適應特徵。在如此深的地方發現生命，改寫了有關動物生存準則的傳統觀點。如果線蟲能在地球上這些極端的環境中生存，那它們也可能在其他極端的環境中存在。或許我們還能在地下發現其他簡單的動物物種，而不是只尋找細菌。幾乎可以肯定的是，未來幾年內，將會有更多生活在地下深處的生物體被科學家發現。這些發現也意味著，科學家在其他星球上尋找生命時需要保持開放的心態。微生物依然是最可能發現的生命，但在地面以下，或許能發現一些意想不到的簡單動物。