寻找地底的另一个生物圈

吴再丰

近年来，人们得知在地底深处，没有阳光和氧气，且高温、高压的严酷环境中，出乎意料地生息着各种微生物。它们完全不享受太阳的能量，大多是靠从地球内部涌现的化学能量合成有机物来生存。这样的生活方式彻底推翻了我们此前掌握的科学知识，可谓是新的生命的形式。

尚未开拓的巨大生物圈

地下的温度随着靠近地球内部的热地幔而升高，每距地表深1000米，地温约上升20℃至30℃。我们知道现阶段生物生长的最高温度记录是113℃，所以乐观地估计生物生长的最高温度值是120℃至150℃，由此认为在距地下5000米左右地方仍是微生物可能生息的环境。如果估算这样的地下微生物的生物量，有可能是远远超过迄今为止所知道的陆上或海上的生物量总和。地下生物圈是地球最大的生物圈，这是地球上留下的至今尚未开拓的巨大生物圈。

地底的微生物研究室

日本岐阜县的东浓地质中心为研究地下生命，在东浓矿山的地下坑道成立了地球化学实验室，这是日本第一个正式进行地下微生物研究的设施。地球化学实验室是大小仅有12平方米的小屋，研究室里侧露出岩盘的部分有采样地下水的钻孔，从这个孔随时能采集不与大气接触的、不同深度的地下水。采水点有3处，上面2个是在沉积岩，下面1个是在花岗岩的部分。海底或湖底的泥等堆积构成的沉积岩得到某种程度太阳能量的恩惠，包含由光合成制造的有机物，但是由岩浆缓慢凝固的花岗岩完全是无机的世界，通过这个花岗岩的小缝隙的地下水中每毫升栖息着10万～100万个微生物。这样的微生物是无氧环境下生存的微生物(厌氧性微生物)。为了在无氧状态下采集包含这样微生物的地下水，实验室设置了充氮的无氧球形容器。此外，还有在无菌状态下处理试样的净化台，保存试样的冰箱，以及在高温高压下进行器具灭菌的高压釜等装置。被采集的水照样在无氧状态下被送到其他微生物研究室进行培养。

地下微生物的住处

地表附近的水，例如在农田中，每毫升有100万～1000万个微生物。据该研究室的调查结果，出乎意料的是这个值几乎到地下840米不变。甚至在近1000米的地下，生存着几乎与地上同样数量的微生物。地下微生物的住处是在地下的岩石等缝隙空间。因微生物的尺寸是1微米左右，所以只要有此尺寸大的缝隙、裂缝和水，微生物就有存在的可能性。

不同的生活方式

那么，在地底的大量生命是怎样维持生命的呢?其方法是靠地底的岩石营养为生。所谓岩石营养是从无机物(二氧化碳)合成有机物。生存在无太阳和氧的地底的岩石营养生物将氢或甲烷、硫化氧等氧化获得化学能量。氧化剂使用尽可能有的二氧化碳和硫酸、硝酸、铁、锰等一切物质代替氧。将这样获得化学能量的生活方式称之为“靠地球为生”的生活方式。

地下是高温、高压，既无氧又无光的严酷环境。在讨论地下生物圈的物理量同时，还应想到地下生物是地球诞生的原始生命的直系子孙，而非地上生物。不仅如此，作为地球生物圈角落的地底那样的极限地带，也是与外星世界的交接处。地球上生命的起源是怎么回事?要了解这个，知道极限环境下的生物是重要的。地球内部的巨大生物圈为我们探索生命起源乃至外星生命存在的可能性提供了线索，也是留在地球上尚未开拓的广阔边界。

责任编辑蒲晖