即使在地下一英里处，我们的星球也充满了微生物。科学家们长期以来一直认为，这些地下微生物群落栖息在含水层和地热井中，生态变化甚微。但最近的研究表明，它们的种群实际上非常活跃，物种组成在几天而不是几个世纪内发生变化——而地质活动，例如岩石因压缩或膨胀而破裂，可能是这些变化背后的原因。
生活在地球表面之下的水生细菌和病毒与生态破坏因素隔绝，例如太阳辐射、天气变化和陨石撞击。由于获得营养和阳光的机会有限，它们往往生长和进化得非常缓慢。斯坦福大学的能源资源工程师张玉兰（音译）在研究地热含水层之间的水流时，想到使用微生物作为示踪剂。由于地下水袋通常彼此隔离，她和她的团队认为微生物DNA可能充当良好的“特征”，以识别来自每个含水层的水。通过正在进行的工程工作，“我们[已经]获得了那些有价值的水样本”，张说。“所以它奏效了。”
在一项发表于美国国家科学院院刊的研究中，张和她的团队分析了来自连接地下含水层的三个钻孔的水。他们每周取样一次，持续10个月，对每个样本中的DNA进行测序，以确定存在哪些微生物。起初，似乎每个微小生态系统的微生物构成都是一成不变的。但令研究人员惊讶的是，在岩石破裂事件在采样点产生裂缝后，这些特征迅速发生了变化。
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该团队很快意识到，通过关闭和打开这些孤立水袋之间的小通道，破裂事件可能会在几天内彻底颠覆含水层的微生物生态。“我们的结果很有趣，因为它们不仅提出了一种不同的群落组装机制，而且还提出了一种更快的机制，”该研究的资深作者、斯坦福大学微生物学家安妮·德卡斯说。
科罗拉多大学地球微生物学家亚历克西斯·坦普尔顿说，这一发现令人兴奋，她没有参与这项新研究：“目前还没有很多研究真正了解水是如何在地表下环境中移动的，以及它如何影响微生物学。”
德卡斯说，这项研究可以帮助科学家预测如何更好地储存潜在的有害物质，例如核废料和二氧化碳。它甚至可能有助于寻找外星生命，因为木星的木卫二等多水卫星被认为拥有类似的坚硬岩石含水层。
人们很容易认为地质学与生命领域完全分离。但坦普尔顿表示，像这样的研究“向我们展示了两者之间联系的紧密程度。”