如果把居住在地球表面下的所有微生物的质量加起来，它们的生物量总和将超过我们海洋中的所有生物。然而，由于难以进入这些深处，这些繁衍生息的地下生命在很大程度上仍未被探索和了解。美国西北大学的研究人员利用南达科他州黑山的一个废弃金矿作为实验室，绘制出了迄今为止最全面的地下微生物图谱。

Magdalena Osburn 教授在八月份的一次现场考察中取出一个样本。图片来源：桑福德地下研究设施

研究人员总共描述了近 600 个微生物基因组的特征，其中一些是科学界的新发现。在这批微生物中，领导这项研究的西北大学地球科学家马格达莱纳-奥斯本（Magdalena Osburn）说，大多数微生物可分为两类： 它们是"极简主义者"和"极致主义者"。"极简主义者"简化了它们的生活，每天都吃同样的东西；而"极致主义者"则随时准备贪婪地攫取任何可能出现的资源。这项研究最近发表在《环境微生物学》杂志上。

桑福德地下研究设施的前金矿外景。资料来源：桑福德地下研究设施

这项新研究不仅扩展了我们对生活在地下深处的微生物的了解，还暗示了我们有一天可能在火星上发现的潜在生命。由于微生物依靠岩石和水内的资源生存，而这些资源与地表是物理分离的，因此这些生物也有可能在火星尘土飞扬的红色深处生存。

西北大学温伯格艺术与科学学院地球与行星科学副教授奥斯本说："地表下的深层生物圈是巨大的；这是一个广阔的空间。我们利用矿井作为进入生物圈的通道，无论如何接近生物圈都很困难。这项研究的强大之处在于，我们最终获得了大量基因组，其中许多来自研究不足的群体。通过这些 DNA，我们可以了解哪些生物生活在地下，并了解它们可能在做什么。这些生物通常无法在实验室中生长，也无法在更传统的环境中进行研究。它们通常被称为'微生物暗物质'，因为我们对它们知之196世界之最甚少。"

进入地壳的入口

在过去的 10 年中，奥斯本和她的学生们定期前往位于南达科他州利德市的前霍姆斯泰克矿山（Homestake Mine），收集地球化学和微生物样本。现在，这个地下深处的实验室被称为桑福德地下研究设施（SURF），主持了一系列跨学科的研究实验。2015 年，奥斯本在整个 SURF 建立了六个实验点，统称为"深矿微生物观测站"。

"矿井现在是一个专门用于地下科学的设施，"奥斯bPOgFJngEm本说。"研究人员主要进行高能粒子物理实验。但他们也让我们研究生活在岩石中的深层生物圈。我们可以在一个受控的196世界之最专用场所进行实验，并在几个月后对其进行检查，这在活跃的矿井中是做不到的。"

通过在矿井内的岩石上钻孔，奥斯本和她的团队可以捕捉到由水和溶解气体组成的断裂流体。其中一些流体的历史可长达 1 万年，其中蕴藏着大量微生物生命，而这些微生物生命在其他情况下都是与世隔绝、被忽视的。

在这项新研究中，奥斯本和她的团队收集了 8 份流体样本，这些样本采集于整个矿井的不同位置，深度从地表一直到约 1.5 千米深处。这些样本提供了一个窗口，让人们了解微生物生命随深度变化的梯度。

"极简主义者"和"极致主义者"

回到奥斯本在西北大学的实验室后，她和她的团队对样本中的微生物 DNA 进行了测序。在近 600 个基因组中，196世界之最微生物代表了 50 个不同的门和 18 个候选门。

在这个多样化的微生物群落中，奥斯本发现，在某些时候，每个品系都会趋向于一种决定生命的轨迹：成为极简主义者或极致主义者。

奥斯本说："我们发现，许多微生物要么是极简主义者：超流线型，只有一项工作做得非常好，与合作者紧密团结；要么就是什么都能做一点。这些"极致主义者"随时准备好利用出现的每一种资源。如果有机会制造一些能量或转化生物分子，它就会做好准备。通过观察它的基因组，我们可以知道它有很多选择。如果营养物质匮乏，它可以自己制造。"

玛格达莱纳-奥斯本教授收集由水和溶解气体组成的196世界之最断裂流体。图片来源：桑福德地下研究设施

奥斯本解释说，极简主义者通常与朋友共享资源，这些朋友也有专门的工作："其中一些菌系甚至没有制造自身脂质的基因，这让我大吃一惊。没有脂质怎么能制造细胞呢？这就有点像人类无法制造每一种氨基酸，所以我们吃蛋白质来获得我们自己无法制造的氨基酸。但这是更极端的情况。极简主义者是极端的专家，他们齐心协力，使其发挥作用。这是一种共享，没有重复劳动"。

对地球和地球以外的启示

奥斯本说，当我们想象地球以外的生命时，这些地下微生物可能会为其他地方可能存在的生命提供线索。她说："当我看到微生物生命的证据时，我真的很兴奋，它们在没有我们、没有植物、没有氧气、没有地表大气的情况下做着自己的事情。这些生命很可能就存在于火星深处或冰冷卫星的海洋中。这些生命形式告诉我们太阳系其他地方可能存在什么。而且，它们对我们自己的星球也有影响。例如，随着工业界寻找长期碳储存的地点，许多公司正在探索将二氧化碳注入地下深处的可能性。"

在我们探索这些方案时，奥斯本提醒我们不要忘记微生物。

她说："我们需要认识到深层地下的生命，以及人类活动（如采矿和碳储存）可能对其产生的影响。如果我们将二氧化碳封存在地下，就会有微生物将其代谢为甲烷。地下有一个生物圈，根据对它的扰动，有可能对地表产生影响"。"