即使在地下一英里處，我們的星球也充滿了微生物。科學家們長期以來一直認為，這些地下微生物群落棲息在含水層和地熱井中，生態變化甚微。但最近的研究表明，它們的種群實際上非常活躍，物種組成在幾天而不是幾個世紀內發生變化——而地質活動，例如岩石因壓縮或膨脹而破裂，可能是這些變化背後的原因。
生活在地球表面之下的水生細菌和病毒與生態破壞因素隔絕，例如太陽輻射、天氣變化和隕石撞擊。由於獲得營養和陽光的機會有限，它們往往生長和進化得非常緩慢。斯坦福大學的能源資源工程師張玉蘭（音譯）在研究地熱含水層之間的水流時，想到使用微生物作為示蹤劑。由於地下水袋通常彼此隔離，她和她的團隊認為微生物DNA可能充當良好的“特徵”，以識別來自每個含水層的水。透過正在進行的工程工作，“我們[已經]獲得了那些有價值的水樣本”，張說。“所以它奏效了。”
在一項發表於美國國家科學院院刊的研究中，張和她的團隊分析了來自連線地下含水層的三個鑽孔的水。他們每週取樣一次，持續10個月，對每個樣本中的DNA進行測序，以確定存在哪些微生物。起初，似乎每個微小生態系統的微生物構成都是一成不變的。但令研究人員驚訝的是，在岩石破裂事件在取樣點產生裂縫後，這些特徵迅速發生了變化。
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該團隊很快意識到，透過關閉和開啟這些孤立水袋之間的小通道，破裂事件可能會在幾天內徹底顛覆含水層的微生物生態。“我們的結果很有趣，因為它們不僅提出了一種不同的群落組裝機制，而且還提出了一種更快的機制，”該研究的資深作者、斯坦福大學微生物學家安妮·德卡斯說。
科羅拉多大學地球微生物學家亞歷克西斯·坦普爾頓說，這一發現令人興奮，她沒有參與這項新研究：“目前還沒有很多研究真正瞭解水是如何在地表下環境中移動的，以及它如何影響微生物學。”
德卡斯說，這項研究可以幫助科學家預測如何更好地儲存潛在的有害物質，例如核廢料和二氧化碳。它甚至可能有助於尋找外星生命，因為木星的木衛二等多水衛星被認為擁有類似的堅硬岩石含水層。
人們很容易認為地質學與生命領域完全分離。但坦普爾頓表示，像這樣的研究“向我們展示了兩者之間聯絡的緊密程度。”