深层微生物或能“吞噬”地震能量，揭示自然新秘密

作者 詹姆斯·迪宁

地震造成的岩石破裂可能为生活在地下深处的微生物们提供多种化学能量来源——类似的过程也可能帮助其他星球上的微生物。

“这开启了一整套全新的代谢过程，”加拿大阿尔伯塔大学的库尔特·孔豪瑟说。

地球上的所有生物都利用流动的电子来维持生命。在地球表面，植物利用阳光产生碳基糖分，而我们这些动物则以它为食。然后，电子从我们消耗的碳流向我们吸入的氧分子。这些碳电子供体和氧电子受体之间的化学梯度，称为氧化还原对，产生能量。

在地球表面以下，微生物也依赖这样的对来获取能量。但深层生态系统无法以任何形式利用太阳能，这意味着它们无法使用与我们相同的碳-氧对。“深层地下的问题一直是，这些[化学梯度]来自哪里？”孔豪瑟说。

氢气——由水和岩石之间的反应在地下生成——被认为是电子的主要来源，和上面的碳糖类似。这种氢气来自将水分解为其成分，这可以在放射性岩石分解水分子或富铁岩石与水反应时发生。当地震剪切硅酸盐岩石，暴露出能够分解水的反应表面时，也会生成一小部分氢气。

然而，要利用这些氢气，微生物需要电子受体来形成完整的氧化还原对；单独的氢气并没有太大价值。“食物可能在桌子上，但如果你没有叉子，你是吃不上的，”加拿大多伦多大学的芭芭拉·舍伍德·洛拉尔说。

孔豪瑟、舍伍德·洛拉尔和他们的同事们使用破碎岩石的机器来测试在断层内生成氢气的反应是否也能生成完整的氧化还原对。他们破碎了石英晶体，模拟不同类型断层产生的应变，然后将岩石与水和各种形式的铁混合，而铁在大多数岩石中都存在。

被粉碎的石英与水反应，生成大量氢气，既包括其稳定的分子形态，也包括更具反应性的形式。研究人员发现，许多氢自由基与含铁的流体反应，生成一系列化合物，这些化合物能够捐赠或接受电子，从而形成各种氧化还原对。

“更多的岩石可以用来产生能源，”Konhauser说。“这些反应……促进了许多不同类型的化学反应，这意味着可以存在多种不同类型的微生物。”他表示，与氮或硫的其他次级反应可能会提供更丰富的能源来源。

“我对这些数字感到惊讶，”伊利诺伊州西北大学的玛格达莱娜·奥斯本说。“这产生了相当多的氢气。”而且还产生了一些额外的副反应。

研究人员估计，地震产生的氢气远低于地球地壳中其他水岩反应。不过，他们的发现表明，活跃的断层可能是微生物活动和多样性的重要热点，谢尔伍德·洛拉尔说。

而且并不一定需要强烈的地震。在地震相对安静的地方，例如大陆内部或像火星这样的构造上死去的行星，当岩石断裂时，也可能发生类似的反应。“即使在这些巨大的岩石块中，你也会有压力的重新分布和变化，”她说。

南加州大学的Karen Lloyd说：“我认为这真的很令人兴奋，推动我们之前了解的一些来源更进一步。”在真实的断层中产生的可用化学物质的种类可能会更加多样化。“这可能是在不同压力、温度和空间尺度下，以及与更多样的矿物形成一起发生的，”她说。

像地震这样的偶发事件所释放的能量也可以解释Lloyd所称的aeonophiles的生活方式，这些深层地下微生物似乎能够生存极长的时间。“如果你能等待一万年，就会发生一次9级地震，你将会感受到这股巨大的能量，”Lloyd说。

这些发现是过去二十年来，我们对生物如何在地下生存的认识不断扩展的一部分，Sherwood Lollar说。证据表明，大陆的深层岩石可以支持生命，“极大地改变了我们对地球宜居性的理解，”她说。