斯坦福大学发现原本被认为"不适宜居住"的环境中也有生命存在

斯坦福大学发现原本被认为"不适宜居住"的环境中也有生命存在 研究结果拓展了我们对整个太阳系潜在宜居空间的认识，以及对地球上一些水生栖息地因干旱和引水而变得更咸可能造成的后果的认识。研究报告的资深作者、斯坦福大学多尔可持续发展学院地球系统科学助理教授安妮-德卡斯（Anne Dekas）说："我们不可能到处寻找，所以我们必须真正慎重考虑在哪里以及如何在其他行星上寻找生命。尽可能多地了解地球上极端环境中生命生存的地点和方式，可以让我们优先考虑在其他地方执行生命探测任务的目标，增加我们成功的机会。"海洋研究团队在 2019 年的首次实地考察中从南湾盐厂采集盐水。资料来源：Anne Dekas长期以来，对探测地球以外生命感兴趣的科学家一直在研究含盐环境，因为他们知道液态水是生命的必要条件，而盐可以让水在更大的温度范围内保持液态。盐还可以保存生命迹象，比如盐水中的泡菜。研究的主要作者、地球系统科学博士生艾米丽-帕里斯（Emily Paris）是德卡斯实验室的一员，她说："我们认为，有盐的地方是发现过去或现在生命迹象的好地方。盐可能是使另一颗行星适合居住的东西，尽管在地球上高浓度的盐也是生命的抑制剂。"这项新研究是康奈尔大学教授布兰妮-施密特（Britney Schmidt）领导的一项名为"跨越时空的海洋"（Oceans Across Space and Time）的大型合作项目的一部分，由美国国家航空航天局（NASA）的天体生物学项目（Astrobiology Program）资助，该项目汇集了微生物学家、地球化学家和行星科学家。他们的目标是：了解海洋世界和生命如何共同进化，从而在过去或现在产生可探测到的生命迹象。了解海洋世界适宜居住的条件，开发更好的方法来探测生物活动的信号，是预测太阳系其他地方可能存在生命的步骤。盐度变化对地球的影响我们应该考虑盐度变化对地球生态系统的影响。例如，犹他州大盐湖水位下降导致盐度增加，这可能会影响食物链上的所有生命。帕里斯说："除了从生命探测的角度来看，了解盐度的影响对于地球的保护和可持续发展也很重要。研究表明，盐度的增加如何改变微生物群落的组成和微生物新陈代谢的速率。这些因素会影响营养循环以及甲壳类动物和昆虫的生活，而甲壳类动物和昆虫是候鸟和其他水生动物的重要食物来源。"该研究的共同第一作者艾米丽-帕里斯（Emily Paris）和内斯特-阿兰迪亚-戈罗斯蒂迪（Nestor Arandia-Gorostidi）准备孵化来自南湾盐厂的盐水。资料来源：安妮-德卡斯发现地球上最咸水域中的生命海洋研究团队来到像南湾盐厂这样的盐池本研究的样本就是在这里采集的或旧金山湾沿岸的盐池时，它们会发现地球上一些最活跃的微生物像万花筒一样闪烁着霓虹绿、铁锈红、粉红和橙色的光芒。这些拼凑在一起的颜色反映了水生微生物适应在不同盐度下生存的能力，也就是科学家们所说的"水活性"可用于微生物生长的生物反应的水量。帕里斯说："我们很想知道，水活性在什么时候会变得过低，盐度在什么时候会变得过高，微生物生命在什么时候无法再生存。"海水的水活性水平约为 0.98，而纯水的水活性水平为 1。大多数微生物在水活度低于 0.9 时就会停止分裂，据报道，在实验室环境中维持细胞分裂的最低水活度绝对值略高于 0.63。在新的研究中，研究人员预测了生命的新极限。他们估计，生命在低至 0.54 的水活度水平下也能活跃。斯坦福大学的科学家们与来自全国各地的同事合作，从南海湾盐场收集样本，这里有地球上最咸的海水。他们从盐厂不同盐度的池塘中收集盐水，装满数百个瓶子，然后将它们运回斯坦福大学进行分析。在科学家分析瓶内微生物的活动之前，盐水瓶在实验室的温度和光照控制室中孵化。图片来源：安妮-德卡斯更快地发现生命以往寻找生命的水活性极限的研究都是使用纯培养物来寻找细胞分裂停止的时间点，这标志着生命的终点。但在这些极端条件下，生命的加倍速度缓慢得令人痛苦。如果研究人员依靠细胞分裂来检验生命何时终止，他们将面临长达数年的实验室实验，这对于像帕里斯这样的研究生来说并不现实。即使进行了细胞分裂研究，也不能说明生命何时消亡；事实上，细胞可能新陈代谢活跃，即使没有复制，也仍然充满活力。因此，帕里斯和德卡斯研究了露天盐池中的微生物，以确定生命的另一个极限细胞活动的极限。研究小组对之前的研究进行了三项关键改进。首先，他们没有使用纯培养物，因为纯培养物是科学家猜测哪种特定物种或菌株的生命力最顽强的最佳标准，而是使用了一个实际的生态系统。在盐场，环境自然选择了最能适应这些特定条件的复杂生物群落。其次，研究人员采用了更为灵活的生命定义。他们不仅将细胞分裂，还将细胞构建视为生命的标志。"这有点像观察人类进食或生长。这是生命活跃的标志，也是复制的必要前奏，但观察起来要快得多，"德卡斯说。在数以百计的盐水样本中（其中一些盐水咸得像糖浆一样粘稠），他们确定了水的活性水平，以及盐水中的碳和氮融入细胞的程度。通过这种方法，他们能够检测到细胞的生物量增加了多少，最小的增加量仅为1%的一半。相比之下，以细胞分裂为重点的传统方法只能在细胞的生物量增加大约一倍后才能检测到生物活动。然后，根据这一过程是如何随着水活性的降低而减慢的，科学家们预测这一过程将完全停止。第三，当其他科学家在盐水中测量碳和氮的大量掺入时，斯坦福大学的研究小组利用斯坦福大学的一种罕见仪器纳米SIMS进行了逐个细胞的分析，这种仪器在全美屈指可数。这种灵敏的技术使他们能够在其他"腌制"细胞中观察到单个细胞的活性，而这些细胞的存在会掩盖批量分析中的活性信号，从而实现低检测限。"环境样本的单细胞活性分析仍然非常罕见，"德卡斯说。"单细胞活性分析是我们在这里进行分析的关键，随着单细胞活性分析的广泛应用，我认为我们将看到微生物生态学的进步，这些进步具有广泛的相关性，从了解全球气候到人类健康。我们对单细胞水平的微生物世界的了解才刚刚开始。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

开创性的方法揭示了地球表面深处微生物群落的关键信息

开创性的方法揭示了地球表面深处微生物群落的关键信息 由比奇洛海洋科学实验室研究人员领导的科学家团队开发出一种创新方法，将生活在地球表面深处无氧环境中的单个微生物的遗传学和功能联系起来。测量这两个属性更重要的是将它们联系起来长期以来一直是微生物学的一项挑战，但对于了解微生物群落在碳循环等全球过程中的作用至关重要。比奇洛实验室单细胞基因组学中心开发的新方法使研究人员发现，在死亡谷地下近半英里处的地下含水层中，一种消耗硫酸盐的细菌不仅数量最多，而且是最活跃的生物。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上，表明这种方法可以成为测量不同生物在这些极端环境中活跃程度的有力工具。洞察微生物群落动力学"以前，我们不得不假定所有细胞都以相同的速率运行，但现在我们可以看到，微生物群落个体成员之间的活动水平存在很大差异，"研究科学家兼论文第一作者梅洛迪-林赛说。"这有助于我们了解这些微生物群落的能力，以及它们可能对全球生物地球化学循环产生的影响"。沙漠研究所团队从死亡谷的钻孔中提取样本。图片来源：杜安-莫泽，沙漠研究所最近的研究是一个更大项目的一部分，该项目将微生物的遗传密码它们能做什么的蓝图与它们在任何特定时刻实际在做什么联系起来。方法论方面的进展由美国国家科学基金会 EPSCoR 计划资助的"基因组到表型组"项目是毕格罗实验室、沙漠研究所和新罕布什尔大学之间的一项合作项目。该项目利用单细胞基因测序的最新进展，创造性地采用流式细胞仪估算细胞内呼吸等过程的速率。流式细胞仪是一种分析单个环境微生物的方法，比奇洛实验室将其从生物医学科学中改造出来，使研究人员能够快速分拣出含水层水样中的活微生物。这些微生物被一种特殊设计的化合物染色，当细胞内发生某些化学反应时，这种化合物就会在流式细胞仪的激光下发光。比奇洛实验室的实习学生通过实验得出了细胞在激光下发出荧光的程度与这些反应速度之间的关系，然后将其应用到死亡谷的样本中。测量并分离出活性细胞后，研究小组对它们各自的基因组进行了测序。研究人员还使用了元转录组学（一种确定哪些基因正在活跃表达的方法）和放射性同位素示踪剂（一种测量微生物群落活动的更传统的方法）。这样做既是为了"双重检查"他们的结果，也是为了获得更多关于这些微生物的基因能力与它们实际活动之间联系的信息。单细胞基因组学中心是世界上唯一一家为研究人员提供这种新技术的分析机构。"这项研究对我们的研究团队和南加州地质调查局来说是一个令人兴奋的机会，可以帮助我们更好地了解地下巨大而神秘的微生物生态系统，"比奇洛实验室高级研究科学家、南加州地质调查局局长兼该项目的首席研究员拉穆纳斯-斯泰潘纳斯卡斯（Ramunas Stepanauskas）说。这项新研究首次展示了这种量化单个细胞活性的方法。2022 年底，研究小组发表了关于海水中微生物的研究结果，显示一小部分微生物消耗了海洋中的大部分氧气。在这篇新论文中，研究小组扩展了这一方法，表明它可用于低生物量环境中不依赖氧气的微生物。例如，在从加利福尼亚州地下含水层提取的样本中，科学家们估计每毫升水中有数百个细胞，而一般地表水每毫升中有数百万个细胞。"我们一开始研究海洋中的有氧呼吸生物，因为它们更活跃，更容易分类，也更容易在实验室中生长，"林赛说。"但有氧呼吸只是微生物学中可能存在的一个过程，所以我们想在此基础上进一步拓展"。扩大微生物研究范围研究结果证实，Candidatus Desulforudis audaxviator 细菌（绰号"勇敢的旅行者"）不仅是这一环境中数量最多的微生物，也是最活跃的微生物，它能将硫酸盐还原为能量。与之前研究中的海水样本相比，研究小组测得的总体活性率较低，但单个微生物的活性差异很大。研究小组目前正努力将他们的方法应用于测量其他厌氧反应，如硝酸盐还原，并应用于新的环境，包括缅因州沿海的沉积物。由美国国家航空航天局（NASA）资助的一个相关项目也使林赛和她的同事们能够在海洋深处的地下测试这种方法。"现在，我们正在世界各地进行这些点测量，它们确实有助于我们更好地了解微生物的活动情况，但我们需要扩大其规模。因此，我们正在考虑如何将这种方法应用到新的地方，甚至有可能应用到其他星球上，并扩大应用范围。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

《.微生物学 》

《.微生物学 》 简介：研究微小生物的学科，涵盖细菌、病毒、真菌等单细胞或多细胞生物的结构、功能及其生态作用。通过揭示微生物的代谢机制与遗传特性，推动医学（如抗生素与疫苗研发）、农业（生物肥料）及工业（发酵技术）等领域的创新应用。 亮点：在公共卫生（如病原体防控）、环境治理（污染物降解）和生物能源开发中发挥关键作用。分子生物学与基因组学技术加速了微生物资源的挖掘，其跨学科特性串联起化学、医学与环境科学的前沿研究。 标签：#微生物研究 #生命科学基础 #抗生素开发 #基因工程 #公共卫生 #环境治理 链接：

科学家在智利阿塔卡马沙漠发现前所未见的微生物地下栖息地

科学家在智利阿塔卡马沙漠发现前所未见的微生物地下栖息地 科学家利用新的 DNA 分析技术在智利阿塔卡马沙漠深处发现了多种微生物生命，为极端环境中的生物多样性提供了见解，并对地外生命研究产生了潜在影响。永盖-普拉亚，智利阿塔卡马沙漠最干旱的地区之一。资料来源：D. Wagner, GFZ这是以新开发的分子 DNA 分析方法为基础的，这种方法可以集中提取和分析细胞内 DNA。这些DNA来自活生物体或休眠生物体的完整细胞，因此可以检测到栖息在深达4.20米的极干旱土壤中的有生命力和潜在活性的微生物群落。这项发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS Nexus）上的研究，扩大了我们对干旱、盐碱和营养缺乏等极端条件下接近生命极限的地区生物多样性的了解。研究结果还对寻找其他星球上的生命有一定意义。沙漠是地球上最大、最脆弱的生态系统之一。虽然那里的条件最恶劣、最危及生命，但却孕育着微生物生命。在没有定期降雨的情况下，微生物利用矿物质和盐分等土壤成分以及大气中的气体作为能量和水分来源，成为调解养分流动的最重要生态成分。"微生物多样性和分布的研究对于充分了解微生物过程在维持沙漠生态系统生态平衡和功能性方面的核心作用至关重要，尤其是在气候变化背景下沙漠生态系统的未来发展方面。"永盖-普拉亚研究遗址：挖掘出的剖面坑和安托法加斯塔大学的实验室手推车。图片来源：L. Horstmann, GFZ智利北部 105000 平方公里的阿塔卡马沙漠被认为是世界上最干旱的炎热沙漠。因此，这里非常适合研究这种栖息地。研究人员已经对水深约一米的浅水区进行了调查。在这里，他们了解到这是一个可以抵御紫外线辐射的利基栖息地，而且这里仍有水源，微生物可以在此繁衍生息。另一方面，迄今为止只有少数研究对沙漠土壤的深层进行了分析。因此，GFZ 地球微生物学组的博士生卢卡斯-霍斯曼（Lucas Horstmann）和博士后研究员丹尼尔-利普斯（Daniel Lipus），以及该组负责人、波茨坦大学地球微生物学和地球生物学教授德克-瓦格纳（Dirk Wagner）领导的研究小组重点研究这些土壤。其他同事来自柏林工业大学和智利安托法加斯塔大学。研究人员希望测试极度干旱的阿塔卡马沙漠深层沉积物是否也能成为特殊微生物的栖息地。研究小组在安托法加斯塔东南约 60 公里处的永盖地区对土壤剖面进行了研究，分析了沿深度剖面的微生物多样性及其与土壤特性的相互作用，该深度剖面既包括台地沉积物，也包括下面的冲积扇沉积物，最深处达 4.2 米。为此，他们挖掘了一个土壤剖面，每隔 10 厘米采集一个土壤样本，深度达 3 米，然后每隔 30 厘米采集一个样本，这些样本被送往德国联邦科学研究中心的实验室进行分析。为了检测样本中的生命痕迹，科学家们使用了德克-瓦格纳（Dirk Wagner）等人在德国科学研究基金会（GFZ）开发的分子 DNA 分析新技术：使用一种特殊的提取方法，可以从样本中只过滤出细胞内 DNA，即来自完整和潜在活性细胞的 DNA。为此需要使用各种化学试剂、离心机和过滤器。瓦格纳强调说："这种方法对极端环境中微生物多样性的研究是一个重大改进，因为它有效地排除了死细胞 DNA 产生的偏差，即使由于生物量较低而达到其他方法的检测极限时，仍能提供有效数据。"通过对样本进行细胞内 DNA 提取和随后的基因测序，研究人员能够鉴定出深度达 4.2 米的潜在微生物。在上层 80 厘米处，他们主要发现了属于固着菌门的微生物，但它们的数量随着深度的增加而减少，可溶性盐的含量也随之增加。研究人员猜测，高浓度盐分和日益缺水也可能是导致微生物在沙丘沉积物下部停止定殖的原因。在这方面，他们的研究结果与之前的研究结果是一致的。然而，霍斯特曼和瓦格纳的研究小组再次在两米以下的冲积扇沉积层中发现了一个微生物群落。该群落比地表群落更加多样化，很可能与地表完全隔离。它主要由属于放线菌门的细菌组成，放线菌门是一个具有特殊成员的群体，通常存在于干燥或原始的土壤中。古剖面上部。资料来源：D. Wagner, GFZ这些微生物的存在可能与水泡石膏的存在有关，水泡石膏可溶解成无水石膏，从而提供另一种水源。本研究中观察到的生物属于可利用氢气等痕量气体作为能量来源，利用二氧化碳作为碳源进行生长的物种。第一作者卢卡斯-霍尔曼（Lucas Hormann）说："这种类型的新陈代谢被称为化学溶解自养，其他研究表明，它对有机物作为碳源极其有限的极干旱土壤非常重要。因此，对于本研究中调查的孤立的地下壁龛来说，它也可能是必不可少的。"总结与展望：令人惊叹的沙漠生物多样性及其对地外生命的影响霍斯特曼总结道："这个地下群落在两米深以下的冲积扇沉积物中茁壮成长，显示出惊人的多样性和生态稳定性，它的发现挑战了我们目前对沙漠生态系统的认识。"作者认为，该群落可能早在 1.9 万年前就已在土壤中定植，当时土壤还未被洼地沉积物掩埋，他们还假设该群落可能会继续向下延伸一段未知的距离，这代表了超干旱沙漠土壤中以前未知的深层生物圈。合著者德克-瓦格纳（Dirk Wagner）说："鉴于旱地在地球上的广泛分布，在以前未开发的地下土壤中存在潜在的碳结合群落，不仅对沙漠中的生物多样性，而且对全球范围的元素循环都有深远影响。这表明这些生境的重要性至今仍被低估。这也强调了地表下栖息地对于未来全面了解沙漠生态系统的重要性"。研究人员强调，这项研究的结果不仅对我们的地球有影响，而且也与正在进行的关于在其他行星上寻找生命的讨论有关："火星上存在类似于冲积扇沉积物中的石膏沉积物，这对天体生物学具有重大意义。这些地表下群落与阿塔卡马的石膏基质的联系可能会提供进一步的证据，证明火星上的石膏沉积不仅表明过去可能存在液态水，而且还可能成为目前微生物生命的宜居环境。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

《细菌：我们的生命共同体》

《细菌：我们的生命共同体》 简介：《细菌：我们的生命共同体》聚焦于细菌与人类生活的紧密联系。书中深入探讨细菌在生态系统中的重要作用，如参与物质循环、帮助植物生长等；也阐述了细菌与人体健康的关系，包括有益菌对人体消化、免疫等系统的积极影响，像肠道中的双歧杆菌有助于消化食物、增强肠道免疫力 ，以及有害菌引发的各类疾病，如肺炎链球菌可导致肺炎。此外，还可能涉及细菌在工业、农业等领域的应用，如利用细菌进行污水处理、发酵生产食品等。通过丰富的案例和科学研究成果，帮助读者全面认识细菌，理解细菌与人类相互依存的关系，树立正确的微生物观 。 标签： #细菌 #微生物 #生命科学 #健康科普 #生态系统 文件大小：NG 链接：

研究人员在30多亿年前的生态系统中发现了复杂的微生物群落

研究人员在30多亿年前的生态系统中发现了复杂的微生物群落 微生物被认为是地球上最早的生命形式，其证据蕴藏在 35 亿年前的岩石中。这些岩石中含有这些远古生物留下的地球化学和形态标记，如特定的化合物和结构。然而，生命起源于地球的时间和地点，以及这些早期微生物群落中物种多样性的形成时间，至今仍不清楚。证据很少，而且常常存在争议。 PC版： 手机版：