团队发现微生物在地下水中繁衍生息并在黑暗中产生氧气
地球上近三分之一的淡水资源存在于地下水中——比所有湖泊、河流和大气中的总和还要多，仅次于极地冰盖中的冰水。因此，大约一半的人类依赖地下水作为饮用水源。
然而，尽管地下水在全球范围内广泛存在并且具有至关重要的意义，但人们对栖息在其中的生物及其生存方式的了解仍然很薄弱。
最近由海洋生物实验室 (MBL) 的微生物生态学家Emil Ruff领导的一项调查发现，古代地下水不仅蕴藏着多样化和活跃的微生物群落，而且还蕴藏着数量惊人的微生物细胞。引人注目的是，这些微生物中的一些似乎产生了如此丰富的“暗氧”(在没有阳光的情况下)，以至于氧气不仅可以滋养这些微生物，而且还可能泄漏到环境中并支持其他依赖氧气的微生物，这些微生物不能不要自己生产。该研究今天发表在《自然通讯》上。
“在做研究时，发现令人惊讶的结果是很常见的;我们对宇宙仍然知之甚少，”拉夫说。“但发现像氧气这样完全出乎意料的东西是一个亮点，它似乎是在我们脚下深处在永恒的黑暗中产生的。起初我们认为我们已经污染了所有样品，但额外的分析支持含水层中的气体来源。”
该研究调查了从 14 个含水层中抽取的 138 个地下水样本，这些含水层位于加拿大艾伯塔省超过 80,000 平方英里的草原下方，面积是爱尔兰的三倍。目的是调查广泛的含水层环境的生物地球化学和微生物生态学。
“暗氧泄漏到地下水中可能会对气候变化研究产生非常重要的影响，”卡尔加里大学的合著者Marc Strous说。“我们有迹象表明，微生物利用地下水中的氧气来消耗温室气体甲烷。特别是在艾伯塔省，甲烷在地下水中很常见，可能会从地下泄漏到大气中。我们现在将设法了解这些微生物是否阻止了甲烷的排放，以及阻止了多少甲烷的排放。”
令人惊讶的是，该团队在较古老的地下水样本中发现的微生物细胞明显多于较年轻的地下水，这表明这些古老的地下水随着时间的推移而进化，为微生物的生长提供了能量。这一发现与先前对地下海洋和陆地生态系统的研究背道而驰，后者发现微生物细胞密度通常随着深度的增加而降低，这可能是由于能量限制。
“在显微镜下对细菌细胞进行计数需要极大的耐心和技巧，而且很少对大量样本进行计数，”Strous 说。“然而，当 Isabella Hrabe de Angelis 作为项目学生加入 Ruff 博士时，她就这样做了，并在显微镜下度过了数百小时。多亏了这项努力，我们才能证明这些地下水实际上是多产的生态系统，每个人都认为它们是地下‘沙漠’，通常缺乏营养和能量。”
该研究包括来自加拿大卡尔加里大学的合作者;马克斯普朗克化学研究所，美因茨德国;伍兹霍尔海洋研究所和艾伯塔省环境与保护区，加拿大卡尔加里。
氧气或死亡
氧气对人类、大多数动物和许多微生物的生命至关重要。到目前为止，地球上的大部分氧气都是通过光合作用产生的，在光合作用中，植物和微生物利用阳光作为能源来吸收二氧化碳以促进生长。因为这种氧气并没有全部被植物和微生物自身耗尽，所以它可能会在亿万年的时间里积聚在大气中，供人类和其他依赖氧气的生物使用。
然而，有一些不为人知的化学和微生物过程可以在没有光的情况下产生氧气。在一种情况下，微生物将一氧化氮分解为氮气和氧气，而在另一种情况下，它们将亚氯酸盐分解为氯化物和氧气。这些过程，也称为微生物歧化，被认为是非常罕见的，并且只在微观尺度上相关，产生的氧气会立即被消耗掉。
然而，拉夫等。阿尔。发现证据表明，这种产氧微生物在地下水生态系统中可能非常丰富且活跃。事实上，它们是如此丰富和活跃，以至于它们似乎将大量这种“暗氧”泄漏到周围环境中，导致其积聚。类似于通过光合作用在大气中积累氧气，这种地下过程可能使依赖氧气的微生物得以生存和繁衍。
“使用氧气进行呼吸会释放出大量能量，有机体可以利用这些能量来生长和繁殖，”拉夫说。“毫不奇怪，基本上所有肉眼可见的动物都需要氧气，包括昆虫、软体动物和脊椎动物。没有氧气，他们无法维持这么大的身体。同样，我们认为我们在这些地下水中发现的大量微生物是通过使用氧气释放的能量维持的。这一发现挑战了我们目前对地球地下生态系统的理解。”
本研究的地下水样本取自加拿大艾伯塔省环境与保护区维护的地下水观测井网，该网络汇集了来自艾伯塔省不同含水层和地区监测井的 250 多个采样点的地下水地球化学数据，代表了各种地球化学制度和地下水年龄。
阿尔伯塔省拥有主要的石油、天然气和煤炭矿床，在石油和煤炭勘探和开发方面得到了广泛研究。
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