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地球古老的生命形式在永凍土層中 4 萬年後正在甦醒

  • 2019-07-08
  • Scien

大約從 1550 年到 1850 年,一場被稱為「小冰期」的全球性寒流導致整個北極地區出現了超大冰川。 在加拿大的埃爾斯米爾島,淚珠冰川將其冰凍的舌頭伸過大地,吞下一小叢苔蘚。

自 1850 年以來,隨著人類發現抗生素、訪問植物,這種植物就被冰凍在 100 英尺厚的冰層下。月亮並燃燒了2兆噸化石燃料。

由於這項最新的探索,進化生物學家凱瑟琳·拉法奇在幾個世紀後到達了淚珠融化的邊緣,找到了該物種的簇狀結構水黴終於擺脫了冰冷的埋葬。 苔蘚已經褪色和撕裂,但呈現出翠綠的色調——這可能是生命的跡象。

氣候變遷故事常常凸顯地球生態系的搖搖欲墜的脆弱性。 當聯合國報告說我們星球上有 100 萬種動植物物種面臨滅絕的幽靈。

但對於一些特殊的物種來說,冰蓋和永久凍土的融化開始揭示另一種說法——令人驚訝的生物恢復力。

在暖化的北極,研究人員正在發現被冷凍並被認為已經死亡數千年的生物體,它們可以重新孕育生命。 這些冰河時期的殭屍從簡單的細菌到多細胞動物,它們的耐力促使科學家改變對生存意義的理解。

在阿爾伯塔大學研究苔蘚的拉法奇說:“你不會認為任何埋藏了數百年的東西都是可行的。”

2009年,她的團隊在淚滴冰川邊緣搜尋,收集因冰川萎縮而噴出的黑色植物物質。 他們的目標是記錄很久以前就構成島上生態系統基礎的植被。

“這種材料一直被認為是死的。但當看到綠色組織時,我想,’嗯,這很不尋常’,”拉法奇談到她發現的數百年曆史的苔蘚簇時說道。

她將數十個這些奇怪的樣本帶回埃德蒙頓,並在明亮、溫暖的實驗室中為它們提供了營養豐富的土壤。 幾乎三分之一的樣本迸發與新芽和葉子。

「我們非常震驚,」拉法奇說。 經過數百年的深度冷凍,苔蘚幾乎沒有產生任何不良影響。

被凍成固體的狀態下生存並不容易。 鋸齒狀的冰晶可以撕碎細胞膜和其他重要的生物機器。 許多植物和動物在冬季來臨之際就屈服於寒冷,希望它們的種子或卵在春天到來時產卵新一代。

苔蘚開闢了一條更艱難的道路。 當溫度驟降時,它們會變得乾燥,從而避免了組織中結冰的潛在危險。 如果植物的某些部分確實受到損害,某些細胞可以分裂並分化成構成完整苔蘚的所有各種組織類型,類似於幹細胞在人類胚胎中。

英國南極調查局的生態學家彼得康維說,由於這些適應,苔蘚比其他植物更有可能在長期冰凍中生存。

在拉法奇的加拿大苔蘚復興之後,康維的團隊宣布它已經甦醒了一種埋藏在南極永久凍土層地下三英尺多的 1,500 年歷史的苔蘚。

康維說:「永久凍土環境非常穩定。」他指出,常年凍結的土壤可以使苔蘚免受地表壓力的影響,例如每年的凍融循環或破壞 DNA 的輻射。

數百年歷史的苔蘚的再生表明,冰川和永久凍土不僅是多細胞生命的墓地,而且還可以幫助生物體抵禦冰河時代。 隨著人為造成的暖化使北極和南極的冰層剝落,無論誰從冰層中活著出來,都將主宰正在萌芽的極地生態系統。

康維解釋說,隨著融化的冰層暴露出陸地表面,植物通常會透過風攜帶的孢子從「其他地方」定居到新的地形。 這種大範圍的擴散是緩慢的,通常需要數十年的時間。

但康維在談到他的團隊發現的苔蘚時說,“當某些東西能夠在原地生存時,這確實會加速重新殖民的過程。” 這些苔蘚幾乎可以在一夜之間將毫無生氣的景觀變成綠色,為其他生物的到來和定居鋪平道路。

雖然拉法奇和康維發現的古老苔蘚非常引人注目,但冰河時代倖存者的群體遠遠超出了這一類植物。

塔蒂亞娜‧維什尼維茨卡婭 (Tatiana Vishnivetskaya) 對古代微生物的研究已經足夠長,足以讓這種極端感覺變得司空見慣。 維什尼維茨卡婭是田納西大學的微生物學家,她深入西伯利亞永久凍土層,繪製了冰河時期前繁榮的單細胞生物網絡圖。

她在培養皿中使具有數百萬年歷史的細菌復活。 它們看起來「與今天在寒冷環境中發現的細菌非常相似,」她說。

但去年,維什尼維茨卡婭的團隊宣布了一項「意外發現」——它具有大腦和神經系統——打破了科學家對極限耐力的理解。

像往常一樣,研究人員正在尋找單細胞生物,這是被認為在永久凍土層中鎖定千年後唯一可行的生命形式。 他們將冷凍材料放在室溫實驗室的培養皿上,並注意到一些奇怪的東西。

在微小的細菌和阿米巴原蟲中,有一種體型龐大的長而分段的蠕蟲,一端有頭,另一端有肛門-線蟲。

「我們當然感到驚訝和興奮,」維什尼維茨卡婭說。 線蟲的長度只有半毫米蠕動起死回生這是維什尼維茨卡婭(Vishnivetskaya)或其他任何人在長期深度冰凍後復活的最複雜的生物。

她估計一種線蟲已有 41,000 歲——迄今為止發現的最古老的現存動物。 這種蠕蟲住在下面的土壤裡尼安德特人’的腳,並在維什尼維茨卡婭的高科技實驗室裡見到了現代人類。

專家表示,線蟲有能力在永久凍土中生存數千年。

比利時根特布魯日 Extreme Life Isyensya 的線蟲研究員 Gaetan Borgonie 表示:「這些蟲子幾乎能在任何環境下生存。」他沒有參與維什尼維茨卡婭的研究。

他說線蟲在地球不同的棲息地中無所不在。 博爾戈尼在地球表面下兩英里處發現了豐富的線蟲群落,南非礦井氧氣不足且高溫。

當環境條件惡化時,一些線蟲物種會進入一種被稱為「dauer 階段」的假死狀態——「dauer」在德語中的意思是「持續時間」——在這個階段,它們會停止進食並長出一層保護層,以保護它們免受極端條件的影響。

維什尼維茨卡婭不確定她的團隊從永久凍土中提取的線蟲是否已經過了多爾階段。 但她推測,如果穩定冷凍,線蟲理論上可以無限期存活。

「如果它們的細胞保持完整,它們可能會持續很多年,」她說。

博爾戈尼同意。 雖然他承認更新世線蟲的發現是“一個巨大的驚喜”,但他表示“如果它們能存活 41,000 年,我不知道上限是多少。”

他在宇宙背景下看待線蟲的精湛耐力。 「這對太陽系來說是一個非常好的消息,」博爾戈尼說,他相信這些生存壯舉可能預示著其他行星上的生命。

在地球上,隨著人類擾亂全球氣候,許多物種正瀕臨滅絕。 但在融化的兩極附近,少數頑強的生物體正展現出令人難以置信的耐力。

這是生態福音,一些生物——從鳥類到蝴蝶再到角馬——通過長途遷徙來尋找有利的棲息地而生存。 最近的發現暗示了一種不同的遷徙模式:隨著時間的推移。

在地球冰冷邊緣長期沉睡後,細菌、苔蘚和線蟲在新的地質時代中甦醒。 對於這些耐力典範來說,天氣恰到好處。

2019 ©華盛頓郵報

本文原刊於華盛頓郵報。

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