地球深处发现大量生命

　　迄今为止，人们认为生物的栖息处（即生物圈），主要是在地上与海里。地上存在大量靠吸收太阳能量一边进行光合作用一边成长的植物，同时存在大量靠吃植物的动物。海里也一样，存在靠吸收太阳能量生长的浮游植物群落，以及靠浮游植物为生的鱼类等动物。显然，要追本溯源的话，凡是涉及植物的光合成的都取自太阳的能量。

　　以前人们认为，生物怎么也不能栖息在地下深处，因为那里太阳光照射不到，氧气也没有，且高温、高压，环境严酷。但近年来，科学家出乎意料地发现，地下大量生息着各种微生物。它们完全不依靠太阳的能量，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常识，可谓是新的生命形式。

　　生息在地下深处岩石或地层缝隙的微生物中，有自太古时代起就被封存在地下生存至今的微生物。如果调查这些地底微生物，很有可能找到地球上生命的共同祖先，乃至生命起源的线索。另外，从这些栖息在特殊环境下的微生物中，有可能发现具备分解有毒物质或合成有用物质机能的微生物。

　　日本岐阜县的东浓地质中心为研究这样的地下生命，特别是调查微生物的性质或分布等，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，也是世界上屈指可数的几个地底实验室之一。我们随广岛大学的长沼教授进入地底世界。

　　“地下生物圈”的入口

　　东浓矿山建在深山绿水环抱中，这里有一栋高约20米左右的小高楼，东浓矿山的坑道入口就建在楼内。东浓矿山是为了试挖分布在东浓地区的日本最大铀矿而挖掘的，因铀矿品质不高而废弃，后改作基础研究用。

　　我们头戴安全帽，身穿白大褂，手持手电筒乘坐升降机，只要一二分钟就到达深约125米的地下。出了升降机，左边流淌着洁净的水可用来洗长筒靴子。据介绍，这种水是距今1万多年前地面上的雨水，现在刚渗透到这个地层的。

　　下了升降梯，前面是笔直的长长坑道，长约250米。往坑道里走几步，左边即可看到明亮的灯光，那就是设在地下的地球化学实验室。

　　何以寻找地下的微生物

　　地下的温度随着深度的增加而升高。据测算每距地表深1 000米，地温可上升20~30℃。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120~150℃。由此估计在距地下5 000米左右的地方仍是微生物可能生息的环境。地面上的生物圈至多高度30~100米；占地球表面70%的大海，平均水深是3 800米。相比之下，地下生物圈是多么的巨大。如果估算这样的地下微生物的生物量，有可能远远超过迄今为止所知道的陆地或海上的生物量总和。地下生物圈是地球最大的生物圈。这是地球上至今尚未开发的巨大生物圈。

　　地下生物圈不仅大，而且还彻底推翻过去的生物概念。它是一个全新的“另一个世界”。栖息在与地上不同的特殊条件下的微生物中，有可能发现一些目前我们尚不知的、具有特殊机能的微生物。目前已经发现了能分解原油或部分农药的微生物，以及刚刚发现的能固定二氧化碳的微生物、有关石油合成或铀沉淀的微生物等。寻找具有这样特殊机能的微生物是研究地下生物圈的目的之一。

　　当然，专家希望最好地下存在着不依靠太阳光的能量，而能够合成有机物养分的生物。因为这样的生物或许是地球环境还处在无氧、高温、高压时代的活化石。为此有人说地下是“进化的时间容器”，或者说是“地底的加拉帕戈斯（达尔文岛）”。调查地底的微生物有可能了解与生命刚诞生时是几乎同样的环境。

　　地底的微生物研究室

　　地球化学实验室是间仅有12平方米的小巧玲珑的房间。研究室里侧露出圆盘的部位有采样地下水的钻孔。从这个孔随时能够取出不与大气接触的、不同深度的地下水。采水点有3处，上面2个是取自沉积岩的水，下面1个是取自花岗岩的水。海底或湖底的淤泥等堆积物构成的沉积岩，某种程度上可能有太阳能量的恩惠，也许含有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物的世界。通过花岗岩缝隙取来的地下水中，每毫升栖息着10万~100万个（数量与海洋表层相同）微生物。这样的微生物是在无氧环境下生存的（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，实验室装备有充氮的无氧球形容器、在无菌状态下处理试样的净化台、保存试样的冰箱，以及在高温高压下用于器具灭菌的高压釜等设备。采集的水样在无氧状态下被送到其他微生物研究室进行培养。

　　广岛大学的长沼教授说：“嫌氧性微生物被暴露在氧气中有的活着有的死了。想要仔细知道的是暴露在氧气中死去的那种微生物。这种微生物至今研究的很少。”

　　这个地下微生物研究室的最大特征是，把不同深度的地下水大量抽上来加以研究。长沼教授说；“例如分析各个微生物具有不同特性的脂肪酸（细胞膜等的成分），就能知道在地下某深度有什么类型的微生物，有多少。由于脂肪酸随微生物的种类不同大小不一样，分析脂肪酸就能调查在哪里有什么样种类的微生物。由于脂肪酸的分析必需收集一定量的微生物试样，这个研究室能随时抽上大量地下水，所以能满足要求。”

　　地下微生物的住处

　　地表附近的水，例如在农田里的水等，每毫升有100万~1 000万个微生物。如果用显微镜看采自地下的水，每毫升能看到10万~100万个微生物。据该研究室的调查结果显示，这个值几乎到地下840米不变，甚至在近1 000米的地下，生存着几乎与地上同样数量的微生物。

　　长沼教授说：“地下微生物的住处是在地下的岩石等缝隙空间，微生物能潜入的地方。到距地表几十米的地下，这个住处的比例是50%左右。东浓地区分布很多花岗岩，其缝隙占1%~2%。因微生物的大小只有1微米左右，所以只要有较此尺寸大的缝隙和水，微生物就有存在的可能性。

　　东浓实验室采取到的微生物中，发现有像美国黄石公园温泉或矿山那样的铁锰细菌，也有能分解某种农药等的近缘微生物。

　　地道深处正在钻取出地下岩石样本的作业。由于样本含有厌氧微生物，所以要放入脱氧剂进行真空包装运到地上，经处理后再作培养，并对其性质、系统分类等进行研究。

　　不同的生活方式

　　如果生命不能从某处获得能量则无法生存。如前所述，迄今为止地上或海洋里的生物，如果追本溯源皆是发端于受太阳能量培育的植物生态系统。植物用太阳能量进行光合作用，制造组成自己身体的物质，储存能量维持生命。动物们靠吃植物，用氧慢慢燃烧其养分（有机物）的反应，即通过呼吸获得能量。我们将这样的生活方式称为“靠太阳为生”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。生存在无太阳或氧的地底的岩石营养生物，将氢或甲烷，硫化氢等氧化获得化学能量。它们的氧化剂用的是二氧化碳或硫酸、硝酸、铁、锰等一些物质代替。像这样获得化学能量造出自己的有机物身体的生活方式，称为“靠地球为生”的生活方式。

　　地底世界居住着不依靠太阳光的能量、仅靠来自地球内部的能量生活的生物。专家说，通过调查这样的微生物，能够知道地球上的生物到底有多少种生活方式。它们在怎样的条件下能够孕育生命，了解它们生存环境的极限，再一步人们就可追溯到生命的起源了。

　　逼近生命的起源

　　关于生命的起源有“汤汁说”与“黄铁矿说”两种。“汤汁说”是指原始地球的海洋像汤汁那样含有大量的有机物，在那个汤汁中诞生最初的生命。近年来，人们关注德国瓦克塔沙乌扎提出的“黄铁矿说”。即利用黄铁矿生成时放出的化学能量从无机物合成有机物，在黄铁矿的表面诞生最初的生命。

　　从地球当时的环境来考虑，地球最初的生命是在无氧地方生存的“厌氧性微生物”。接着是用氧制取能量的“需氧性微生物”线粒体的祖先出现，将线粒体纳入细胞内，就诞生了作为现在高等生物起源的真核生物。这就是现在有关生命起源的假说之一。

　　事实上，在东浓地下的铀矿石附近，研究人员发现有厌氧性微生物制造的黄铁矿，这种由微生物制造的黄铁矿称为木莓形的“微球团铁矿”。也有专家从这个事实推测，与营养物质完全隔绝的微生物只能从铀的沉淀物中获取支持生命延续的力量。换言之，微生物与铀的沉淀物有密切关系。

　　最终的目标与梦

　　地下是高温高压，既无氧又无光的严酷环境。在讨论地下生物圈生物量的同时，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，作为地球生物圈旮旯的地底那样的极限地带，也是与外星世界的交接点。地球上生命的起源是怎么回事？要解开这个谜，知道极限环境下生物是重要的。如果了解地下微生物各式各样富于灵活的生命活动方式，就应考虑生命是在宇宙到处诞生的，所以将来如果在挖掘火星的地下与木星的欧罗巴卫星的冰壳时发现存在生命，就不奇怪了。

　　地球内部的巨大地下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，也是地球上尚未开拓的广阔疆域。