加州尔湾，2020年5月4日——在智利北部的阿塔卡马沙漠，地球上最干旱的地方之一，微生物能够通过从它们栖息的岩石中提取水分来维持生存。
通过实地工作和实验室实验，加州大学欧文分校以及约翰霍普金斯大学和加州大学河滨分校的研究人员深入了解了一些蓝藻细菌在恶劣环境中生存的机制。
今天发表在《美国国家科学院院刊》上的新发现，论证了在缺乏水的地方——比如火星——生命是如何茁壮成长的，以及生活在干旱地区的人们有一天如何从可用的矿物质中获得水合作用。
“陆军研究办公室资助了这个项目，因为他们想了解生物体如何在极端环境中生存，”该研究的主要作者，UCI材料科学教授David Kisailus说。工程。“他们还希望我们能帮助他们将其转化为帮助人类应对最严酷的环境，无论是在沙漠中心还是在探索其他星球的时候。”
研究小组重点研究了铬球藻和石膏之间的相互作用。铬球藻是一种在世界各地的沙漠中发现的抗干旱的蓝藻细菌，石膏是一种含水的以硫酸钙为基础的矿物。这些殖民的生命形式存在于一层薄薄的岩石之下，这层岩石为它们提供了一定程度的保护，以抵御阿塔卡马的高太阳辐射、极度干燥和狂风的袭击。
在智利北部的阿塔卡马沙漠，地球上最干燥的地方之一，微生物生活在薄薄的岩石层下，以获得一些保护，免受强风和太阳辐射。水虽然有限，但作为一种结构元素储存在这些岩石中。约翰霍普金斯大学的Jocelyne DiRuggiero
作者之一、约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)生物系副教授约瑟琳•迪鲁杰罗(Jocelyne DiRuggiero)前往遥远的沙漠采集石膏样本，带回美国的实验室。她将藏有蓝藻细菌的小块石膏切成小块，送到Kisailus的实验室进行材料分析。
在这项研究中最惊人的发现之一是，研究人员发现微生物改变了它们所占据的岩石的性质。通过提取水，它们使材料发生相变——从石膏变成硬石膏，一种脱水的矿物。
DiRuggiero说，发表论文的动力来自UCI材料科学博士后学者黄伟(音译)。在阿塔卡马收集的石膏样品中，发现硬石膏和蓝藻的浓度有重叠。
Kisailus说:“我们对微生物寄居的岩石区域的分析揭示了一个脱水阶段的硫酸钙，这表明它们从岩石中提取水来生存。”“我们想做更多的对照实验来验证这个假设。”
然后，DiRuggiero的团队让这些微生物在两种不同的条件下，在半毫米大小的岩石上定植，这被称为“息票”。一种是在有水的环境下模拟高湿度的环境，另一种是完全干燥的环境。在潮湿的环境中，石膏没有转变为硬石膏相。
蓝藻“不需要岩石中的水;他们从周围的环境中得到了它，”Kisailus说。“但当它们被置于压力条件下时，微生物别无选择，只能从石膏中提取水，从而在材料中引发这种相变。”
研究人员前往智利北部的阿塔卡马沙漠采集石膏样本。这些标本被带回了美国这些实验最终验证了微生物在通过水萃取将岩石转化为无水相过程中所起的作用。David Kisailus / UCI
他的团队利用先进的显微镜和光谱学的结合来检查生物和地质的相互作用，发现生物通过排出含有有机酸的生物膜钻进岩石，就像微小的矿工一样。
黄教授使用了一台配备了拉曼光谱仪的改良电子显微镜，发现蓝藻细菌利用酸在特定的结晶方向穿透石膏——只有在特定的平面上，它们才能更容易地接触到存在于钙离子和硫酸盐离子表面之间的水。
Kisailus说这个项目是微生物学家和材料科学家之间跨学科合作的一个很好的例子。
DiRuggiero说:“长期以来，研究人员一直怀疑微生物可能能够从矿物中提取水分，但这是第一次证明。”“对于生活在干旱极限的微生物来说，这是一个惊人的生存策略，它将指导我们在其他地方寻找生命。”
罗伯特Kokoska博士项目经理陆军研究办公室,美国陆军作战能力发展的一个元素命令陆军研究实验室,指出:“军队有一个强烈的兴趣如何适应极端环境微生物可以利用材料合成和发电等新颖应用在这些恶劣的环境。这项研究为揭示这些原生沙漠微生物在面对多种环境挑战时如何保持生存能力的进化设计策略提供了有价值的线索。”
这项工作的资金由美国陆军研究办公室和美国国家航空航天局提供。
加州大学欧文分校:成立于1965年，UCI是著名的美国大学协会中最年轻的成员。这所大学培养了三位诺贝尔奖获得者，并以其学术成就、主要研究、创新和食蚁兽吉祥物而闻名。由霍华德·吉尔曼校长领导，UCI有超过36000名学生，提供222个学位课程。它位于世界上最安全、经济最具活力的社区之一，是奥兰治县的第二大雇主，每年为当地经济贡献50亿美元。更多关于UCI的信息，请访问www.uci.edu。
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