南极湖泊的微生物结构可以揭示更多有关生命如何进化的信息

在偏远的南极湖泊深处，微生物群落蓬勃发展，而很少有生命形式能够生存​​。科学家正在研究这些群落形成的结构，以进一步了解这些极端环境中的微生物，这可以为生命如何进化提供线索。

翁特湖是东南极洲内陆最大的淡水湖。

由于湖面常年被数米厚的冰层覆盖，一年中大部分时间都很少受到阳光照射，因此湖中没有植物和动物等大型生物。但在湖的深处，丰富的生态系统正在帮助科学家进一步了解早期地球上的生命是如何进化的。

大量微生物群落在湖底形成了奇特的结构，从形状像小而窄的尖峰到更大的锥形结构。它们为何会形成两种不同的形状一直是科学家的谜团，但最近发表在《环境微生物学》上的一项研究试图解答这个问题。

博物馆微生物研究员、这项研究的作者安妮·荣格布鲁特博士说：“由于昂特湖具有这两种不同的形态，我们能够研究这些微生物结构是如何形成的。”

“如果这些结构中的微生物相似，则表明它们主要受到环境力量的影响。但如果它们的物种组成不同，则可能意味着这些物种的生长方式对这些结构的形状有更大的影响。”

“由于这两个结构在同一环境中相邻生长，我们认为微生物种类在影响结构形状方面发挥着更大的作用。因此，在这项研究中，我们想更仔细地观察构成这些结构的生物。”

翁特塞湖是南极洲东部的一个大型淡水湖，常年被冰雪覆盖。图片来源：Dale T. Andersen 和 James Grecian

这些结构是由什么组成的?

尽管安特湖 (Lake Untersee) 一直被冰雪覆盖，但仍有足够的光线可以穿透湖泊深处，使光合作用生物能够生存。

这些微生物结构的顶层色彩斑斓，因为上面充满了光合生物，它们能制造色素，帮助捕捉到达湖底的微弱光线。在这层之下，看起来像是空的粘土，但也充满了各种不利用光线生长的生物。

研究人员分析了几个微小样本，每个样本重量不到一克，以进一步了解构成这些不同结构的物种。然后他们提取 DNA，并用它来组装不同物种的基因组，以查看其中存在什么。

样本中含有多种单细胞生物，如古菌，以及更复杂的原生生物，如微真菌、纤毛虫和变形虫。外层主要由蓝藻组成，蓝藻是一种光合细菌，自然存在于全球大多数淡水生态系统中。

两类微生物结构均以两种不同的蓝藻为主，其中圆锥形结构中含有较粗的蓝藻Microcoleus数量较多，而尖顶形结构中含有较细的蓝藻Elainellacea数量较多。

“根据我们的研究，我们认为蓝藻在这些结构的形成过程中发挥了一定作用，”安妮说。“所以它们一定有某种生长方式，导致了这些不同的形状。”

“但我们还不知道为什么湖中的某些区域会生长着不同的物种，以及这些不同的微生物如何相互作用。这是我们想在未来的研究中探索的东西。”

这些微生物结构如何告诉我们更多有关地球早期生命的信息?

每年，安特湖中的微生物结构都会不断生长，因为微生物和沉降沉积物的结合会形成层状结构，经过数百年甚至数千年的时间，这些层状结构就会形成大型结构。

这些柔软的微生物结构的形成方式与叠层石类似，叠层石数十亿年前首次出现在地球上，是已知最古老的化石之一。

尽管叠层石如今仍然存在，但它们最广为人知的是太古代的主要特征，太古代持续了 40 亿至 25 亿年。当时还没有我们今天看到的植物、动物或其他复杂生物。

当时唯一存在的生命是单细胞的。太古代的许多叠层石也是由进行光合作用的蓝藻构成，它们被认为是我们今天赖以生存的富氧大气的主要贡献者。

科学家们正在利用这个机会研究活的微生物层状结构，试图更多地了解地球历史早期生命是如何进化的。

“如今地球上的大多数栖息地都生活着许多早期地球上并不存在的生命体，”安妮说道，“所以我们研究南极洲的这些结构，因为那里的环境极端，没有多少生命体能够生存，因此更能反映出太古代的状况。”

“Untersee 湖的独特之处在于它拥有不同形状的微生物结构。研究这些结构可以帮助我们更多地了解生命如何进化、形成和组织，以及它受到环境力量的影响有多大。”