黃石公園的超熱水可能蘊(yùn)藏著地球第一次呼吸的秘密

根據(jù)蒙大拿州立大學(xué)研究人員最近的一項(xiàng)分析，黃石公園下間歇泉盆地的微生物生命可能為生命利用氧氣的進(jìn)化提供了線索。

T該盆地的章魚(yú)泉和海螺泉的居民生活在海帶狀的凝膠狀“流帶”結(jié)構(gòu)中，這些結(jié)構(gòu)在過(guò)熱的洋流中瘋狂擺動(dòng)，過(guò)熱的洋流徘徊在 88 攝氏度（190 華氏度）左右。在基因上與古代細(xì)菌和古細(xì)菌相似，t繼承人的存在是一扇窗戶，通往生命誕生的原始湯。

雖然這些微生物群落有許多共同特征，但泉水的環(huán)境在一些基本方面有所不同。

Octopus Spring 的級(jí)別要高得多（關(guān)于20 微摩爾）的溶解氧比鄰近的海螺泉 （Conch Spring） 少1 微摩爾的溶解氧幾乎沒(méi)有。

同時(shí)，海螺泉含有更多的劇毒溶解硫化物（超過(guò) 120 微摩爾）比章魚(yú)泉（小于 2-3 微摩爾）.

這些化學(xué)差異意味著每個(gè)春天群落之間的比較可以幫助我們了解生命在大氧化事件（GOE） 在大約 25 億年前，我們最喜歡的氣體淹沒(méi)了地球幾乎無(wú)氧的大氣層。

毫無(wú)疑問(wèn)，地球上最早的微生物在此之前就已經(jīng)開(kāi)發(fā)出將微量氧編織到其生物化學(xué)中的方法，但高活性分子氧的出現(xiàn)本來(lái)會(huì)要求全新防御戰(zhàn)術(shù)的演變。

更重要的是，高濃度的硫化物會(huì)阻塞當(dāng)今好氧生物的呼吸機(jī)制，進(jìn)一步提出了一個(gè)問(wèn)題，即溫泉中的古代生命是如何進(jìn)化來(lái)對(duì)抗和利用不斷上升的氧氣水平的。

由于它們的氧和硫化物水平差異很大，這些泉水可以被認(rèn)為是 GOE 兩側(cè)生命的代表，為研究人員提供了挖掘這一重要轉(zhuǎn)變線索的完美依據(jù)。

這項(xiàng)研究由地質(zhì)微生物學(xué)家比爾·英斯凱普 （Bill Inskeep） 領(lǐng)導(dǎo)，他自 1999 年以來(lái)一直在研究黃石公園的喜熱微生物。

“在實(shí)驗(yàn)室中重現(xiàn)這種實(shí)驗(yàn)將非常困難;想象一下，試圖用適量的氧氣和硫化物創(chuàng)造熱水流，“Inskeep說(shuō).

“這就是研究這些環(huán)境的好處。我們可以在這些生物茁壯成長(zhǎng)所需的確切地球化學(xué)條件下進(jìn)行這些觀察。

通過(guò)分析微生物樣本的基因及其產(chǎn)物，該團(tuán)隊(duì)可以比較兩個(gè)泉水的微生物多樣性和呼吸活動(dòng)。

"主播社區(qū)的結(jié)構(gòu)足夠大，可以用肉眼看到，“Inskeep 寫(xiě)道自然界的研究社區(qū).

“T他的物理現(xiàn)實(shí)告訴我們，氣體交換對(duì)于最佳生長(zhǎng)是必要的，這也進(jìn)一步受到大型絲狀結(jié)構(gòu)的快速振蕩的影響，這些結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生湍流并可能增加與大氣的氣體交換速率。

在章魚(yú)泉的高氧環(huán)境中，嗜氧微生物的多樣性更大，它們必須吃掉其他生物才能生存（而不是像其他微生物有時(shí)那樣通過(guò)化學(xué)反應(yīng)制造自己的食物）。

事實(shí)上，章魚(yú)泉的生活總體上更加多樣化。幾乎所有的微生物都有氧呼吸的活性基因。

但即使在硫磺酸、令人窒息的海螺泉中，其”非常流鼻涕“ 飄帶，氧氣使用的潛力似乎是潛在的。

在最常見(jiàn)的人群中發(fā)現(xiàn)了多種通過(guò)添加氫氣來(lái)分解氧氣的酶，并且在兩個(gè)泉水中都產(chǎn)生。值得注意的是，對(duì)氧具有最高親和力的酶僅在硫化物濃度高的棲息地中表達(dá)。

"這些高親和力加氧酶在納摩爾水平的氧中具有活性，并解釋了在海螺泉，”因斯泰普寫(xiě).

他們的結(jié)果表明，這些基因古老、喜熱的微生物在氧氣水平下呼吸，在我們今天認(rèn)為毒性太大的條件下，通常被認(rèn)為太低，無(wú)法支持這樣的任務(wù)。如果他們能做到，為什么不能在大氧化事件之前出現(xiàn)的生命形式呢？

在地球的早期可能沒(méi)有太多工作要做，但一些早期的有氧代謝可能已經(jīng)勉強(qiáng)夠用氧氣來(lái)傳遞基因，這些基因有一天會(huì)在富氧大氣中茁壯成長(zhǎng)。

因此，下次您享受深呼吸時(shí)，請(qǐng)記住這并不總是那么容易。

該研究發(fā)表在自然通訊.

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