本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
上個月，深 कार्बन 觀測站宣佈了一個驚人的事實：地球表面以下微生物的質量達到 150 億至 230 億噸碳，這個總和大約是所有人類碳質量的 245 至 385 倍。這太令人驚訝了。不久之前，我們甚至不確定深層生命是否可能存在。
但在新聞稿中，我發現一個比地下生命質量更令人驚訝和有趣的細節：它的年齡。
早在 20 世紀 20 年代後期，一位名叫查爾斯·利普曼的科學家，加州大學伯克利分校的教授，開始懷疑岩石中存在細菌。不是化石細菌。是活著的細菌。
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他一直在思考這樣一個事實，即實驗室中的細菌在密封瓶子的乾燥土壤中放置 40 年後可以復活。如果它們能存活四十年，難道真的有極限嗎？
煤似乎是一種適合測試的岩石，因為它是由沼澤淤泥形成的。他開始壓碎煤塊，看看是否能從煤塵中培養出任何東西。他成功了。
當放入煤塵和無菌水的溶液中時，在兩到三週內，他開始看到類似細菌的東西。當放入富含細菌食物的蛋白腖溶液中時，只需要五個小時。
有趣的是，他發現至少需要幾天時間的液體再水化期對於復活至關重要。如果將壓碎的煤弄溼，但立即放在培養皿中注入食物的凝膠狀瓊脂上，則什麼也長不出來。
當然，他加入了對照組並採取了預防措施，以確保沒有汙染物導致生長。他對預先壓碎的煤塊進行了嚴厲的清潔和消毒程式，包括在粉碎前對煤塊進行數小時或數天的擦洗、浸泡、烘烤和/或加壓。事實上，他發現將樣品在 160°C 下加熱數小時也無法殺死煤內部的細菌。如果說有什麼作用的話，那就是似乎只是鼓勵了它們。烘烤時間越長——長達驚人的 50 小時——當隨後壓碎煤時，它們似乎生長得越好（如果他的結果是真實的，考慮到煤的形成條件和熱休克蛋白的影響，這可能並不完全令人驚訝）。
利普曼不相信他從煤中誘匯出的細菌是活著的，就像你腸道中的細菌是活著的。相反，他認為在煤形成過程中，細菌已經乾涸並進入了假死狀態。
“……[煤中發現的微生物實際上是倖存者，在煤形成時被囚禁在煤中，來自最初可能富含微生物的物質，因為它本質上是泥炭狀的，”他在《細菌學雜誌》中寫道。
“我的觀點是，在煤層中零星散佈著偶爾的孢子或微生物的某些類似抗性的休眠階段，它們在時間和環境的變遷中倖存下來，並保留了其生命特徵，其發展成營養體的能力，以及當條件變得適宜時，其繁殖能力。”
我們將這種乾燥狀態稱為脫水休眠，生物體如水熊蟲可以在這種狀態下承受太空真空和輻射轟擊。
利普曼的煤來自威爾士和賓夕法尼亞州，其中一些是從 1,800 英尺的深度開採出來的。賓夕法尼亞州的煤啟發了一個完整的地質亞時期——賓夕法尼亞紀的命名。
它至少有 3 億年的歷史。
那是 1931 年。他的同事可能認為他瘋了。但從我們 2019 年的角度來看，利普曼看起來越來越不像瘋子。世界上最古老的活個體可能不是盤根錯節的刺果松或閃閃發光的山楊克隆，而是鎖定在地下數英里岩石中的微小微生物，它們的目標不是生長或繁殖，而是僅僅為了躲避死亡。
過去十年發表的越來越多的論文表明，生活在沉積物、岩石以及埋藏在地下的口袋和裂縫中的細菌——其中許多處於水合、活躍狀態——其年齡之古老令人難以置信。
例如，在 21 世紀初，科學家們揭示了含水層和沉積物中微生物的呼吸速率遠低於地表微生物的呼吸速率。生物質更新率——細胞中分子替換所需的時間——以數百到數千年為單位來衡量。
弗雷德里克·科爾韋爾和史蒂文·德宏特在 2013 年發表的一篇名為《深層生物圈的性質和範圍》的評論中寫道：“我們不知道這些地下環境的微生物是否以如此緩慢的生物質更新率繁殖，還是數百萬甚至數千萬年不分裂地存活。”
2017 年發表在《美國國家科學院院刊》上的一篇論文發現，在日本海岸外太平洋海底 2 公里深處的 500 萬至 3000 萬年曆史的煤層和頁岩層中，細菌密度很低（儘管“低”仍然是每立方厘米 50-2,000 個細胞）。
它們仍然在活躍地，即使極其緩慢地活著。它們的世代時間從幾個月到 100 多年不等。但作者承認，這個估計可能偏低。大腸桿菌在實驗室中的世代時間：15 到 20 分鐘。
2018 年發表在《地球生物學》上的一項研究，研究了生活在南太平洋環流深海沉積物中的微生物，得出的結論是，在這種沉積物中的適應性不是關於生長，而僅僅是生存。作者得出結論，這些微生物唯一的食物來源是與它們一起被埋藏的任何東西。它們每年用於維持和修復的碳量僅佔細胞自身碳含量的 2%。
作者寫道：“僅僅在如此古老的棲息地中發現完整的微生物細胞，就對這些生物的復原力具有非凡的意義。”
在他們執行數百萬年模擬的計算機模型中，四百萬年後，所有細胞都停止了生長。它們只是將它們能搜刮到的任何資源都投入到維持舊車的運轉中，就像《瘋狂的麥克斯》電影中絕望的倖存者一樣。
這種零和博弈能持續多久？它們最終會餓死嗎？它們會變成查爾斯·利普曼聲稱在賓夕法尼亞州煤炭中發現的乾燥、休眠狀態嗎？還是這需要煤化的特殊條件？
越來越多的證據表明，這種營養匱乏、極度衰老的細菌不是“微生物殭屍”。相反，許多研究發現，當將深層地下微生物置於更溫和的環境中時，它們很快就會復活。
綜合來看，當您還考慮到埋藏在地球表面深處的微生物受到厚厚的水、沉積物和/或岩石覆蓋層的保護，免受宇宙射線的侵害——宇宙射線是異常衰老生物體的常見殺手——時，這些發現並不像它們看起來那麼荒謬（μ子是宇宙射線到達地球表面的形式，只能穿透到岩石中數十米）。這種輻射會穩定地使地球表面生物體的 DNA 發生突變。
有生源說認為生命是透過搭乘小行星的便車在宇宙中傳播的假說，對我來說總是顯得很荒謬。但這些發現，加上最近人們認識到生命可能在地球上幾乎在它可能出現後就出現了，迫使我至少重新考慮。儘管太空浩瀚，但生命是頑強的。
總而言之，地球的地殼似乎到處都是閒置的、古老的細菌，它們以省電模式停放，幾乎隨時準備將變速桿換入前進擋。但這是怎樣的一種生活啊！億萬年來被埋葬在一個黑暗、無空氣、寂靜的基質中，幾乎不吃東西，幾乎不呼吸，幾乎不動彈，幾乎不活著。但沒有死。沒有死。
如果查爾斯·利普曼是對的，那麼我們星球內部也有細菌細胞，它們在恐龍進化前 5000 萬年就開始了生命，並且可能在明天再次開始分裂。這……令人歎為觀止。
但就像《奪寶奇兵3：聖戰奇兵》中的聖盃騎士一樣，為了讓這些神奇的效果發生，細菌必須被鎖定在地下監獄中。因為這就是虛擬永生的邊界和代價。
參考文獻
Bradley, James A.、Jan P. Amend 和 Douglas E. LaRowe。“少數人的生存：深海沉積物中微生物的休眠和維持貫穿深時。”地球生物學 (2018)。
Colwell, Frederick S. 和 Steven D’Hondt。“深層生物圈的性質和範圍。”礦物學和地球化學評論 75, no. 1 (2013): 547-574。
Lipman, Chas B.“古代岩石中的活微生物。”細菌學雜誌 22, no. 3 (1931): 183。
Trembath-Reichert, Elizabeth, Yuki Morono, Akira Ijiri, Tatsuhiko Hoshino, Katherine S. Dawson, Fumio Inagaki, 和 Victoria J. Orphan。“甲基化合物的利用和緩慢生長是海底以下 2 公里深煤層和頁岩層中微生物生命的特徵。”美國國家科學院院刊 (2017): 201707525。