本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
核廢料儲存庫並不以其吸引力而聞名。然而,對於那些尋求儲存地球上唯一相對碳中性燃料之一的廢料的開明國家來說,它們是令人不快的必需品。
因此,工程師們經常試圖將這些東西埋起來。在美國,我們的一些放射性廢料在新墨西哥州卡爾斯巴德附近2000多英尺深的鹽床中找到了(希望是)永久的安息之地,在那裡它最終將被流動的鹽吞沒。
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瑞典也開始探索地質方法來解決核汙染問題,對其自身的基岩進行探測。在瑞典東南部距離波羅的海約一英里的KLX09測試鑽孔地下近2500英尺處,工程師和地質學家最近遇到了一些讓他們震驚的事情。
在一個巖芯樣本中——一個透過鑽孔提取的細長圓柱形岩石——他們在石英脈內發現了一個小腔。裡面是一種棕色粉末,混合著方解石和鈣沸石晶體。當他們在顯微鏡下檢查這種粉末時,他們得出了一個驚人的結論:它是半化石的真菌遺骸。他們發現了一個發黴的岩石袋。一般來說,岩石不應該發黴(地衣盛宴除外)。
當我在大學時,我的微生物學教授才剛開始報告說,地殼深處可能存在生命。來自金礦的零星報告暗示,細菌不僅可能生存,而且可能在地下深處的熱溼裂縫中繁衍生息。
現在我們知道,細菌滲透到地殼的裂縫中,以被困在其中的碳氫化合物和其他食物為食。甚至相對較大的動物(對於地下來說)稱為線蟲的生物也在兩英里多深的礦井中被發現。
這讓微生物學家開始思考:如果細菌在地下如此豐富,為什麼沒有真菌呢?我們已經發現真菌幾乎在我們所看到的任何地方生長。它們也已經證明自己是合格的礦工,透過從生長尖端分泌酸來穿透岩石。
然而,尋找真正的地下真菌(而不僅僅是來自上方的漂流者)是困難且昂貴的,通常需要使用鑽機的工程師,而不是拿著網或盒子的熱切的生物學家。因此,仍然未見和未取樣的世界是深刻的:科學家估計地球生物量的19%存在於深層大陸地下。這佔地球上所有生命的五分之一!
少數研究已經發現地下真菌或間接表明它們生活在那裡,但這些研究“非常罕見”,一篇描述7月份發表在《自然通訊》上的真菌聚集地的論文的瑞典和德國作者寫道。
據推測生活在深層裂縫中的真菌在沒有氧氣的情況下生存(附近沒有現成的來源),但我們對厭氧真菌知之甚少,因為它們在地表棲息地中很少見。然而,我們有一個地方發現並詳細研究了厭氧真菌:牛的瘤胃。在這個溫暖、黑暗的消化袋裡,反芻物被產生,真菌產生氫氣,這是一種生活在那裡的微小微生物可以用來製造有機化學物質的燃料,這些化學物質有利於整個群落。
根據作者的說法,來自瑞典鑽孔的聚集地是首次發現真菌在深層基岩中原地生長。它們部分被化石化,部分被有機地儲存下來,這本身就是一個罕見的發現。在顯微鏡下,科學家可以看到一個纏結的分支和融合的細絲網路,這是真菌的特徵模式。被稱為放線菌的類似真菌的微生物永遠不會融合,而被稱為卵菌(其中最著名的是導致愛爾蘭馬鈴薯饑荒的真菌)的真菌模仿物僅在繁殖時才融合。
a) 直徑10微米的有機儲存的真菌絲狀體,旁邊是相同直徑的礦化菌絲。b) 部分覆蓋鈣沸石的類似菌絲體的結構。c) 分枝和吻合的礦化菌絲。來源:Drake et al. 2017
聚集地中的細絲還包含一個礦化的中心鏈——化石真菌的常見特徵——生長成類似於生物膜的墊子,並且似乎在它們接觸到的岩石中雕刻出通道就像地表附近的真菌有時做的那樣。
然而,真菌不同於細菌和植物,它們不能自己製造食物。它們必須以其他生物的廢棄物或殘骸為食。那麼,它們在距離地表半英里的這個小裂縫裡吃什麼呢?
科學家們沒有在裂縫中看到任何細菌或其他生命的直接證據。然而,在真菌絲中發現的黃鐵礦晶體富含一種被稱為硫酸鹽還原菌的微生物偏愛的硫形式——這與在牛體內與厭氧真菌一起生長的微生物是同一類。
如果情況確實如此,兩種生物都會相互受益:細菌可以以厭氧真菌產生的氫氣和有機廢物為食,而真菌則以細菌產生的糖和其他有機化學物質為食。
他們聲稱,化石化的細絲和同位素偏斜的黃鐵礦結合在一起表明,大陸岩石中的深層生物圈可能是一個“被忽視的巨大真菌棲息地”。
如果屬實,這種過多的地下真菌生命可能會對我們深層處置有毒和放射性廢物的計劃構成長期威脅,而這正是鑽探人員在遇到發黴岩石時正在追求的目標。如果厭氧真菌及其細菌同夥能夠溶解或腐蝕廢物和岩石之間的屏障以達到其目的。這包括高階放射性廢物的沸石屏障和乏核燃料的銅罐等主要競爭者。我們可能需要在未來的設計中考慮到這一點。
然而,對於我來說,在這些條件下,無論是否有放射性廢物,想到生命都是令人憂傷的。這些真菌永遠不會知道雨水的親吻、陽光的閃耀或微風的新鮮。所有這些東西肯定會殺死它們。它們所知道的生活——它們將永遠知道的唯一生活——可能就像在另一個星球上一樣,永遠黑暗,永遠炎熱,永遠孤獨,被壓力困在距離地球表面半英里的小裂縫中。
另一方面,它們可能像在牆裡玩耍的豬一樣快樂。
參考文獻
Henrik Drake, Magnus Ivarsson, Stefan Bengtson, Christine Heim, Sandra Siljeström, Martin J. Whitehouse, Curt Broman, Veneta Belivanova, Mats E. Åström. 花崗岩深層裂縫中真菌和硫酸鹽還原菌的厭氧聯合體。自然通訊,2017;8 (1) DOI: 10.1038/s41467-017-00094-6