南极血瀑布发现海洋真核微生物
南极洲寒冷海岸向内陆约20英里处，在干燥极地沙漠的包围下，血红色的水从泰勒冰川（Taylor Glacier）纯白的冰壁中涌出。这种富含铁的水赋予液体深红色调，形成了引人注目的地貌特征：血瀑布（Blood Falls）。
血瀑布的独特之处在于它混合了咸海水和偶尔流过的淡水融水。“其渗透压挑战极大，”目前是耶鲁大学博士后研究员的Angela Zoumplis说。“你不会期望在那种严酷环境中发现什么。”但最近，Zoumplis和同事有了惊人发现：他们不仅在血瀑布周围的红色冰和泥中发现多种真核微生物，还发现这些是海洋微生物。该研究发表在《自然·地球科学》（Nature Geoscience）上，有助于揭示微生物对极端环境的适应，并为南极过去和现在的气候变化提供新见解。
寻找真核微生物
当Zoumplis和同事抵达麦克默多干谷（McMurdo Dry Valleys）时，正值南极夏季。他们的目标是从山谷周围收集水、风和土壤样本，以鉴定那里的真核微生物。“六到八个月里，所有这些生物都没有水，非常脱水，”Zoumplis解释道。“但一年中约六周，冰川融水溪流会重新滋润河床。”研究人员徒步穿越极地山谷，偶尔乘直升机到达偏远地点。 fieldwork期间，他们住在帐篷里，条件艰苦。
在一次采样中，Zoumplis意识到他们离血瀑布很近。“血瀑布原本不在我们的采样计划中，”她说。“我们碰巧有许可，所以我跑过去抓了些样本，没期望发现新东西。”团队收集了任何红色的东西：泥、冰和沉积物。这些样本“结果对我们来说非常非常有趣，数据回来时非常令人惊讶，”Zoumplis说。
海洋硅藻在血瀑布安家
团队共收集了167个样本：18个来自血瀑布，14个风样本和109个溪流样本来自麦克默多干谷周围，以及26个来自麦克默多湾（McMurdo Sound）的海水样本。为确保分析的是活生物，研究人员从样本中分离RNA而非DNA，因为DNA更稳定，可能来自死微生物。“我们目前信任RNA作为生命迹象，而非DNA，”她解释。他们提取总RNA，然后扩增18S rRNA基因。令他们惊讶的是，血瀑布周围红色泥和沉积物中的微生物几乎都是海洋微生物。“不只是单一类群，而是这个小群海洋真核生物，”她说。“硅藻、甲藻、纤毛虫，它们与最近的海洋环境——麦克默多湾、罗斯海（Ross Sea）地区——有联系。”而干谷样本中只发现淡水和陆生真核生物。
这些海洋微生物如何到达离海20英里的地方？先前研究已在泰勒冰川下水中鉴定出海洋细菌，并有地球化学证据表明水是冷冻保存的海水。“想法是，可能洪水带来了这些东西，”Zoumplis说。随着气候变冷和冰川形成，海洋微生物种群可能被困在血瀑布。另一种解释是风从海上吹来。“干谷有世界上最强的风，”Zoumplis说。然而，在一项由共同作者Nicholas Schulte领导的独立研究中，团队发现南极干谷现代风流高度局部化，意味着现代海洋微生物可能不是由风携带内陆。支持这一点的是，他们在风收集样本中未发现海洋微生物。但Zoumplis补充，“我们不能排除历史风将这些吹来，它们只是非常喜欢血瀑布流出的盐水。”
海洋微生物的生存之道
为更好了解这些海洋微生物在血瀑布做什么，团队对样本进行宏转录组学分析。他们发现血瀑布样本中的微生物在功能上与干谷水生样本和麦克默多湾海洋微生物不同。与血瀑布相关的生物显示出活跃光合作用和其他代谢途径的证据，以及参与离子转运和硫同化的基因水平升高。他们鉴定的许多微生物群还显示出耐受环境盐度变化的潜力，这在血瀑布有利。在未来研究中，Zoumplis想更好地了解这些微生物为在压力环境中生存而经历的适应。“与海洋分离对海洋生物来说非常艰难，所以我们认为休眠也起重要作用，”她说。事实上，团队在血瀑布附近发现的许多微生物类群具有囊胞或孢子生命周期阶段，使它们能在不利环境中持续存在。
阿肯色大学硅藻研究员Andrew Alverson未参与研究，他说：“这是地球上疯狂有趣的地方。你可以学到很多关于进化，关于生命如何找到出路……他们以没人真正做过的方式，用所有这些DNA测序来研究。”Alverson也感兴趣于这些微生物如何从海洋环境适应血瀑布。“它们现在必须生理上重塑，因为它们逃脱了铁或硅的限制，处于这些营养奢侈条件，”他说。“在实验室培养它们，给它们压力，看看会发生什么，会很棒。”他补充，研究人员可以做配对实验，比较血瀑布微生物与最接近的海洋亲属在不同压力环境下的表现。虽然需要额外采样，Zoumplis和Alverson都希望未来分析这些微生物的基因组序列，这将使系统发育和分子钟分析成为可能。有了这些信息，“我们可以估计这些海洋类群从血瀑布类群分化出来的时间，然后将分化日期与某些事件对应，”Zoumplis说。这也可以帮助地质学家确定可能喂养血瀑布的海洋洪水发生时间，并为海平面上升提供新见解。Alverson说，像血瀑布这样的地方完美回答这些气候和进化问题。“这类似于海底热液喷口。你可以从这些地方学到很多，它们非常值得研究。”Zoumplis同意。“我记得高中时做过关于血瀑布的报告……我从未想过我真的能去那里工作，”她说。“这绝对是梦想。”
来源：The Scientist（英文原文，生物航编译，内容以原文为准）