這個(gè)沉睡了一億年的生命，在一次人為事故中蘇醒了

一個(gè)原本 3 米深的淡水湖，在一場(chǎng)事故后，變成了 60 米深的咸水湖，一個(gè)沉睡了一億年的生命隨之蘇醒。

位于美國(guó)路易斯安那州杰佛森島（Jefferson Island）的皮內(nèi)爾湖（Lake Peignur）是一個(gè)美麗的淡水湖。這里資源豐富，湖底是鉆石晶體鹽業(yè)（Diamond Crystal Salt）公司用于開(kāi)采巖鹽的鹽礦，湖面上，德士古（Texaco）公司還打算在這里勘探石油。

然而，1980 年 11 月 21 日，一切都變了。那天，德士古的鉆井平臺(tái)錯(cuò)誤地估算了開(kāi)鉆位置，鉆頭意外穿透了皮內(nèi)爾湖底鹽礦第三層的頂部。

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人造漩渦

可怕的事情發(fā)生了。大量湖水涌入湖底的鹽礦，在湖面上形成了一個(gè)巨大的人造漩渦。原本還打算挽救鉆井平臺(tái)的 7 名船員發(fā)現(xiàn)平臺(tái)已經(jīng)開(kāi)始傾斜，只好選擇逃生。他們眼睜睜看著 46 米高的井架，消失在了這個(gè)原本只有 3 米深的湖中。與此同時(shí)，湖水還淹沒(méi)了地下 430 米深處的礦洞。鹽礦工人緊急疏散撤離到礦井的最高層，但灌入的湖水很快就上升到了齊腰深的位置。

湖底礦井本來(lái)留有的用于支撐的鹽柱，在湖水灌入后逐漸溶解，鹽礦隧道也隨之坍塌。湖底的洞越來(lái)越大，更多湖水灌了進(jìn)去。曾經(jīng)平靜的皮內(nèi)爾湖此刻好像變成了巨大的黑洞，吞噬著周遭的一切。11 艘駁船、一艘拖船、停車場(chǎng)、無(wú)數(shù)的樹(shù)木、35 公頃的湖畔土地，還有一座建筑的一部分全都被吸入其中。目擊者稱，“就像看著浴缸里的小鴨子掉進(jìn)下水道一樣?！?/p>

以往，皮內(nèi)爾湖的水由朱紅-特切盆地（Vermilion-Teche Basin）匯入，隨后從皮內(nèi)爾湖經(jīng)德?tīng)柨膊祭走\(yùn)河（Delcambre Canal）流入朱紅灣（Vermillion Bay），然后進(jìn)入墨西哥灣。此時(shí)，在漩渦的作用下，水源的淡水大量涌入。而另一頭，德?tīng)柨膊祭走\(yùn)河也開(kāi)始往湖里灌水，從墨西哥灣遠(yuǎn)道而來(lái)的咸水逆流而上，進(jìn)入幾乎已經(jīng)空了的湖床，導(dǎo)致這里出現(xiàn)了 50 米高的臨時(shí)大瀑布，也是路易斯安那州有記錄以來(lái)最大的瀑布。

與此同時(shí)，對(duì)湖底的鹽礦而言，湖水的大量涌入就意味著礦內(nèi)空氣的快速排出。這些壓縮的空氣伴隨涌入的湖水從主礦井噴涌而出，形成了高達(dá) 122 米的泥漿噴泉，間歇式噴發(fā)。

德?tīng)柨膊祭走\(yùn)河倒流形成的瀑布。圖片來(lái)源：YouTube via @ankerssm

直到事故發(fā)生幾天后，皮內(nèi)爾湖和鹽礦內(nèi)的水壓才達(dá)到平衡。原本被漩渦卷入湖底的 11 艘駁船中的 9 艘如神跡一般彈出，重新漂浮在水面上。同時(shí)，由于咸水大量倒灌，這個(gè)原本 3 米深的淡水湖變成了一個(gè) 60 米深的咸水湖，皮內(nèi)爾湖也成了路易斯安那州最深的湖泊。

沉睡了一億年的生命

1985 年，時(shí)任路易斯安那州新奧爾良大學(xué)（University of New Orleans）生物學(xué)助理教授的羅素·H.弗里蘭（Russell H. Vreeland）獲批進(jìn)入皮內(nèi)爾湖底的部分廢棄鹽礦，收集了一些水樣。弗里蘭還從俄克拉何馬州的兩個(gè)鹽鹵公司收集了水樣，打算分析這些樣品中的微生物組成。經(jīng)過(guò)分離培養(yǎng)，弗里蘭從中發(fā)現(xiàn)了幾種極端嗜鹽古菌，它們至少要在 20%的鹽水中才能存活，最佳的生存鹽度為 25%～30%。

在地下鹽水中發(fā)現(xiàn)廣鹽性細(xì)菌（能在鹽度大幅變化的水域中生存的細(xì)菌）并不罕見(jiàn)，因?yàn)樗鼈兛赡茈S雨水進(jìn)入地層，并在穿越地層的過(guò)程中，逐漸適應(yīng)不斷升高的鹽度。然而，極端嗜鹽古菌只能在高鹽環(huán)境下生存，因而在地下鹽水中極為稀罕。它們究竟是從哪兒來(lái)的呢？

皮內(nèi)爾湖旁礦井的泥漿噴泉。圖片來(lái)源：YouTube via @ankerssm

弗里蘭首先考慮到，這些古菌可能本來(lái)就生活在皮內(nèi)爾湖水和雨水中，隨之進(jìn)入礦井和地層。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些極端嗜鹽微生物無(wú)法在淡水或低于 15%鹽分的水中存活，會(huì)直接裂解。而且，弗里蘭只在鹽濃度較高的樣本中才檢測(cè)到這些嗜鹽微生物。

以來(lái)自俄克拉何馬州的兩個(gè)樣品為例，它們來(lái)自同一個(gè)盆地的不同地層，采樣點(diǎn)相距不到 400 米，水源也都來(lái)自滲透進(jìn)地層的雨水。兩份樣品的唯一區(qū)別在于鹽濃度不同：一份為 25%，另一份為 8%。結(jié)果顯示，高鹽濃度樣品中有大量嗜鹽和耐鹽微生物，而低鹽濃度樣品僅有耐鹽微生物。而皮內(nèi)爾湖的湖水含鹽量不足 1%，不可能是這些嗜鹽微生物的來(lái)源。

考慮到這些水樣的采樣點(diǎn)是與外界直接相通的，弗里蘭還探討了這些極端嗜鹽古菌是否可能通過(guò)管道或礦井等途徑從地表進(jìn)入。但研究人員從未在任何高鹽湖泊中檢測(cè)到這類極端嗜鹽微生物。而且，皮內(nèi)爾湖附近雨量豐富，地質(zhì)和地形條件也不適合高鹽環(huán)境形成。因此，附近的地表似乎并不存在這類微生物源。
既然如此，這些古菌是否可能原本只是普通細(xì)菌，后來(lái)才演化出極端嗜鹽的特殊能力呢？從分子生物學(xué)角度看，古菌和細(xì)菌的差異非常大，細(xì)菌很難通過(guò)一系列突變就演化成古菌。從湖水注入到弗里蘭采樣的時(shí)間僅有 5 年，這樣短暫的時(shí)間內(nèi)發(fā)生如此顯著的演化是極不可能的。倘若果真如此，那這種變異率已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了科學(xué)家所知的任何物種。

二疊紀(jì)的巖鹽晶體。圖片來(lái)源：原論文

排除這三種可能性后，弗里蘭認(rèn)為唯一剩下且合理的解釋是：這些古菌原本就存在于鹽礦中。它們可能在鹽晶體形成時(shí)被鎖在晶體內(nèi)，或者以某種方式被困在晶體包裹的水中，然后在鹽礦事故導(dǎo)致湖水涌入或雨水滲入地下后，隨著晶體的溶解逐漸蘇醒。

如果這個(gè)假設(shè)為真，也就意味著這些古菌早在巖鹽晶體形成時(shí)就已經(jīng)存在。皮內(nèi)爾湖底的鹽來(lái)自 1.25 億~1.21 億年前的早白堊世，俄克拉何馬州盆地兩處采樣的地層分別距今 1 億和 2.5 億年。因此，這些極端嗜鹽古菌很可能已經(jīng)以這種形式存活了數(shù)億年。

這篇論文發(fā)表后，越來(lái)越多的研究已經(jīng)表明，微生物可能長(zhǎng)期存活于礦物晶體中。2000 年，弗里蘭教授從約 2.5 億年前的二疊紀(jì)地層的流體包裹體中分離培養(yǎng)出了一株全新的芽孢桿菌；2022 年，一些科學(xué)家從澳大利亞中部的新元古代地層中發(fā)現(xiàn)了距今 8.3 億年的微生物（但未培養(yǎng)）；2022 年的另一項(xiàng)研究顯示，別名“柯南細(xì)菌”（Conan the Bacterium）的抗輻射奇異球菌（Deinococcus radiodurans）也能在地表以下 10 米的冷凍干燥條件下蟄伏 2.8 億年之久。

發(fā)表抗輻射奇異球菌相關(guān)研究的《天體生物學(xué)》（Astrobiology）當(dāng)期封面。圖片來(lái)源：《天體生物學(xué)》

因此，隨著科技的發(fā)展，在合適的條件下，或許越來(lái)越多與恐龍同時(shí)代（甚至更早）的微生物將穿越時(shí)空與我們相見(jiàn)。

今年 10 月 31 日，這株從皮內(nèi)爾湖底鹽礦分離得到的“杰佛森島 1 號(hào)”（JI-1）古菌被弗里蘭教授劃定為鹽紅菌屬（Halorubrum）的一個(gè)新物種，并命名為“霍赫斯坦的鹽紅菌”（Halorubrum hochsteinianum），以紀(jì)念科學(xué)家勞倫斯·霍赫斯坦（Lawrence Hochstein）在極端嗜鹽微生物方面所作的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]https://link.springer.com/article/10.1007/s00792-023-01320-4

[2]https://www.motherjones.com/environment/2013/08/sinkhole-swallowed-11-barges/

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Lake_Peigneur

[4]https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4615-3730-4_7

[5]https://www.economist.com/science-and-technology/2023/11/15/was-an-ancient-bacterium-awakened-by-an-industrial-accident

[6]https://www.nature.com/articles/35038060

[7]https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/50/8/918/613521/830-million-year-old-microorganisms-in-primary

[8]https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2022.0065

[9]https://www.youtube.com/watch?v=p_iZr2-Coqc

[10]https://www.youtube.com/watch?v=cNo-gEPWVnM

策劃制作

來(lái)源丨環(huán)球科學(xué)（id：huanqiukexue）

作者丨黃雨佳

審校丨 二七

責(zé)編丨鐘艷平