尋找地底的另一個生物圈

吳再豐

近年來，人們得知在地底深處，沒有陽光和氧氣，且高溫、高壓的嚴酷環境中，出乎意料地生息著各種微生物。它們完全不享受太陽的能量，大多是靠從地球內部涌現的化學能量合成有機物來生存。這樣的生活方式徹底推翻了我們此前掌握的科學知識，可謂是新的生命的形式。

尚未開拓的巨大生物圈

地下的溫度隨著靠近地球內部的熱地幔而升高，每距地表深1000米，地溫約上升20℃至30℃。我們知道現階段生物生長的最高溫度記錄是113℃，所以樂觀地估計生物生長的最高溫度值是120℃至150℃，由此認為在距地下5000米左右地方仍是微生物可能生息的環境。如果估算這樣的地下微生物的生物量，有可能是遠遠超過迄今為止所知道的陸上或海上的生物量總和。地下生物圈是地球最大的生物圈，這是地球上留下的至今尚未開拓的巨大生物圈。

地底的微生物研究室

日本岐阜縣的東濃地質中心為研究地下生命，在東濃礦山的地下坑道成立了地球化學實驗室，這是日本第一個正式進行地下微生物研究的設施。地球化學實驗室是大小僅有12平方米的小屋，研究室里側露出巖盤的部分有采樣地下水的鉆孔，從這個孔隨時能采集不與大氣接觸的、不同深度的地下水。采水點有3處，上面2個是在沉積巖，下面1個是在花崗巖的部分。海底或湖底的泥等堆積構成的沉積巖得到某種程度太陽能量的恩惠，包含由光合成制造的有機物，但是由巖漿緩慢凝固的花崗巖完全是無機的世界，通過這個花崗巖的小縫隙的地下水中每毫升棲息著10萬～100萬個微生物。這樣的微生物是無氧環境下生存的微生物(厭氧性微生物)。為了在無氧狀態下采集包含這樣微生物的地下水，實驗室設置了充氮的無氧球形容器。此外，還有在無菌狀態下處理試樣的凈化臺，保存試樣的冰箱，以及在高溫高壓下進行器具滅菌的高壓釜等裝置。被采集的水照樣在無氧狀態下被送到其他微生物研究室進行培養。

地下微生物的住處

地表附近的水，例如在農田中，每毫升有100萬～1000萬個微生物。據該研究室的調查結果，出乎意料的是這個值幾乎到地下840米不變。甚至在近1000米的地下，生存著幾乎與地上同樣數量的微生物。地下微生物的住處是在地下的巖石等縫隙空間。因微生物的尺寸是1微米左右，所以只要有此尺寸大的縫隙、裂縫和水，微生物就有存在的可能性。

不同的生活方式

那么，在地底的大量生命是怎樣維持生命的呢?其方法是靠地底的巖石營養為生。所謂巖石營養是從無機物(二氧化碳)合成有機物。生存在無太陽和氧的地底的巖石營養生物將氫或甲烷、硫化氧等氧化獲得化學能量。氧化劑使用盡可能有的二氧化碳和硫酸、硝酸、鐵、錳等一切物質代替氧。將這樣獲得化學能量的生活方式稱之為“靠地球為生”的生活方式。

地下是高溫、高壓，既無氧又無光的嚴酷環境。在討論地下生物圈的物理量同時，還應想到地下生物是地球誕生的原始生命的直系子孫，而非地上生物。不僅如此，作為地球生物圈角落的地底那樣的極限地帶，也是與外星世界的交接處。地球上生命的起源是怎么回事?要了解這個，知道極限環境下的生物是重要的。地球內部的巨大生物圈為我們探索生命起源乃至外星生命存在的可能性提供了線索，也是留在地球上尚未開拓的廣闊邊界。

責任編輯蒲暉