本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
上个月，深 कार्बन 观测站宣布了一个惊人的事实：地球表面以下微生物的质量达到 150 亿至 230 亿吨碳，这个总和大约是所有人类碳质量的 245 至 385 倍。这太令人惊讶了。不久之前，我们甚至不确定深层生命是否可能存在。
但在新闻稿中，我发现一个比地下生命质量更令人惊讶和有趣的细节：它的年龄。
早在 20 世纪 20 年代后期，一位名叫查尔斯·利普曼的科学家，加州大学伯克利分校的教授，开始怀疑岩石中存在细菌。不是化石细菌。是活着的细菌。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续报道关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
他一直在思考这样一个事实，即实验室中的细菌在密封瓶子的干燥土壤中放置 40 年后可以复活。如果它们能存活四十年，难道真的有极限吗？
煤似乎是一种适合测试的岩石，因为它是由沼泽淤泥形成的。他开始压碎煤块，看看是否能从煤尘中培养出任何东西。他成功了。
当放入煤尘和无菌水的溶液中时，在两到三周内，他开始看到类似细菌的东西。当放入富含细菌食物的蛋白胨溶液中时，只需要五个小时。
有趣的是，他发现至少需要几天时间的液体再水化期对于复活至关重要。如果将压碎的煤弄湿，但立即放在培养皿中注入食物的凝胶状琼脂上，则什么也长不出来。
当然，他加入了对照组并采取了预防措施，以确保没有污染物导致生长。他对预先压碎的煤块进行了严厉的清洁和消毒程序，包括在粉碎前对煤块进行数小时或数天的擦洗、浸泡、烘烤和/或加压。事实上，他发现将样品在 160°C 下加热数小时也无法杀死煤内部的细菌。如果说有什么作用的话，那就是似乎只是鼓励了它们。烘烤时间越长——长达惊人的 50 小时——当随后压碎煤时，它们似乎生长得越好（如果他的结果是真实的，考虑到煤的形成条件和热休克蛋白的影响，这可能并不完全令人惊讶）。
利普曼不相信他从煤中诱导出的细菌是活着的，就像你肠道中的细菌是活着的。相反，他认为在煤形成过程中，细菌已经干涸并进入了假死状态。
“……[煤中发现的微生物实际上是幸存者，在煤形成时被囚禁在煤中，来自最初可能富含微生物的物质，因为它本质上是泥炭状的，”他在《细菌学杂志》中写道。
“我的观点是，在煤层中零星散布着偶尔的孢子或微生物的某些类似抗性的休眠阶段，它们在时间和环境的变迁中幸存下来，并保留了其生命特征，其发展成营养体的能力，以及当条件变得适宜时，其繁殖能力。”
我们将这种干燥状态称为脱水休眠，生物体如水熊虫可以在这种状态下承受太空真空和辐射轰击。
利普曼的煤来自威尔士和宾夕法尼亚州，其中一些是从 1,800 英尺的深度开采出来的。宾夕法尼亚州的煤启发了一个完整的地质亚时期——宾夕法尼亚纪的命名。
它至少有 3 亿年的历史。
那是 1931 年。他的同事可能认为他疯了。但从我们 2019 年的角度来看，利普曼看起来越来越不像疯子。世界上最古老的活个体可能不是盘根错节的刺果松或闪闪发光的山杨克隆，而是锁定在地下数英里岩石中的微小微生物，它们的目标不是生长或繁殖，而是仅仅为了躲避死亡。
过去十年发表的越来越多的论文表明，生活在沉积物、岩石以及埋藏在地下的口袋和裂缝中的细菌——其中许多处于水合、活跃状态——其年龄之古老令人难以置信。
例如，在 21 世纪初，科学家们揭示了含水层和沉积物中微生物的呼吸速率远低于地表微生物的呼吸速率。生物质更新率——细胞中分子替换所需的时间——以数百到数千年为单位来衡量。
弗雷德里克·科尔韦尔和史蒂文·德宏特在 2013 年发表的一篇名为《深层生物圈的性质和范围》的评论中写道：“我们不知道这些地下环境的微生物是否以如此缓慢的生物质更新率繁殖，还是数百万甚至数千万年不分裂地存活。”
2017 年发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文发现，在日本海岸外太平洋海底 2 公里深处的 500 万至 3000 万年历史的煤层和页岩层中，细菌密度很低（尽管“低”仍然是每立方厘米 50-2,000 个细胞）。
它们仍然在活跃地，即使极其缓慢地活着。它们的世代时间从几个月到 100 多年不等。但作者承认，这个估计可能偏低。大肠杆菌在实验室中的世代时间：15 到 20 分钟。
2018 年发表在《地球生物学》上的一项研究，研究了生活在南太平洋环流深海沉积物中的微生物，得出的结论是，在这种沉积物中的适应性不是关于生长，而仅仅是生存。作者得出结论，这些微生物唯一的食物来源是与它们一起被埋藏的任何东西。它们每年用于维持和修复的碳量仅占细胞自身碳含量的 2%。
作者写道：“仅仅在如此古老的栖息地中发现完整的微生物细胞，就对这些生物的复原力具有非凡的意义。”
在他们运行数百万年模拟的计算机模型中，四百万年后，所有细胞都停止了生长。它们只是将它们能搜刮到的任何资源都投入到维持旧车的运转中，就像《疯狂的麦克斯》电影中绝望的幸存者一样。
这种零和博弈能持续多久？它们最终会饿死吗？它们会变成查尔斯·利普曼声称在宾夕法尼亚州煤炭中发现的干燥、休眠状态吗？还是这需要煤化的特殊条件？
越来越多的证据表明，这种营养匮乏、极度衰老的细菌不是“微生物僵尸”。相反，许多研究发现，当将深层地下微生物置于更温和的环境中时，它们很快就会复活。
综合来看，当您还考虑到埋藏在地球表面深处的微生物受到厚厚的水、沉积物和/或岩石覆盖层的保护，免受宇宙射线的侵害——宇宙射线是异常衰老生物体的常见杀手——时，这些发现并不像它们看起来那么荒谬（μ子是宇宙射线到达地球表面的形式，只能穿透到岩石中数十米）。这种辐射会稳定地使地球表面生物体的 DNA 发生突变。
有生源说认为生命是通过搭乘小行星的便车在宇宙中传播的假说，对我来说总是显得很荒谬。但这些发现，加上最近人们认识到生命可能在地球上几乎在它可能出现后就出现了，迫使我至少重新考虑。尽管太空浩瀚，但生命是顽强的。
总而言之，地球的地壳似乎到处都是闲置的、古老的细菌，它们以省电模式停放，几乎随时准备将变速杆换入前进挡。但这是怎样的一种生活啊！亿万年来被埋葬在一个黑暗、无空气、寂静的基质中，几乎不吃东西，几乎不呼吸，几乎不动弹，几乎不活着。但没有死。没有死。
如果查尔斯·利普曼是对的，那么我们星球内部也有细菌细胞，它们在恐龙进化前 5000 万年就开始了生命，并且可能在明天再次开始分裂。这……令人叹为观止。
但就像《夺宝奇兵3：圣战奇兵》中的圣杯骑士一样，为了让这些神奇的效果发生，细菌必须被锁定在地下监狱中。因为这就是虚拟永生的边界和代价。
参考文献
Bradley, James A.、Jan P. Amend 和 Douglas E. LaRowe。“少数人的生存：深海沉积物中微生物的休眠和维持贯穿深时。”地球生物学 (2018)。
Colwell, Frederick S. 和 Steven D’Hondt。“深层生物圈的性质和范围。”矿物学和地球化学评论 75, no. 1 (2013): 547-574。
Lipman, Chas B.“古代岩石中的活微生物。”细菌学杂志 22, no. 3 (1931): 183。
Trembath-Reichert, Elizabeth, Yuki Morono, Akira Ijiri, Tatsuhiko Hoshino, Katherine S. Dawson, Fumio Inagaki, 和 Victoria J. Orphan。“甲基化合物的利用和缓慢生长是海底以下 2 公里深煤层和页岩层中微生物生命的特征。”美国国家科学院院刊 (2017): 201707525。