出品|网易科学人栏目组
译者|小小
2016年12月份，来自美国乔治敦大学的行星科学助理教授萨拉·斯图尔特·约翰逊（Sarah Stewart Johnson），从美国南极边缘麦克默多（McMurdo）科考站乘飞机来到“干谷（Dry Valleys，世界上最干燥的沙漠）”中部的万达湖（Lake Vanda）岸边。她正在寻找古老的微生物，即那些曾经在这个偏远地区生存和繁衍的简单生物。但这不仅仅是一次采集样本的远征，约翰逊和她的团队正在寻找生命本身的秘密。
图1：研究人员萨拉·斯图尔特·约翰逊（Sarah Stewart Johnson）和戴夫·格尔里茨（Dave Goerlitz）正在南极洲工作
约翰逊表示：“南极洲是研究生命存在相关基本问题的绝佳地点。对我来说，这真的非常有吸引力。我们前往地球上最边缘的地方，当微生物真的被推向极限时，它们是如何生存下来的？。”通过回答这个问题，约翰逊希望开启对生命的全新理解，不管是在地球上，还是在其他地方。研究人员希望，与最严酷的环境抗争3000多年的微生物能够教给我们更多关于生存的知识。
之所以将把万达湖称为“偏远之地”，是因为即使从最近的城市——新西兰的克莱斯特彻奇出发，也需要乘坐7小时飞机、驾车行驶1小时、然后再乘坐直升机飞行45分钟才能抵达这里。它被群山环绕，这反过来阻止了在山谷中移动冰川的侵蚀作用。这里的风速达到每小时320公里，经过地面摩擦时会加热、融化、蒸发以及吹走大部分水分。由于只剩下了沙砾和湖泊，它的含盐量是普通海水的十倍。即便如此，全年的大部分时间里依然被4米厚的冰层覆盖。
然而，这里的环境并非古来如此。3000年前，这个湖比现在深得多，淹没了山谷更高的地方，里面生存着大量的微生物。随着湖水消退，含有这些微生物的湖床沉积物暴露在空气中。随着时间的推移，“微生物席垫”风干，最终被风沙所覆盖。你可能会想，对于曾经在湖中生存的微生物来说，这不是一个好地方。然而，当约翰逊的团队来到这里的时候，他们发现这个“席垫”仍然完好无损，仿佛它已经在几千年的干旱岁月中愈合了伤口。大量细胞在这里存活了下来。但问题是，它们如何生存下来的？
图2：麦克默多科考站位于罗斯岛的顶端，可以容纳1200人
一种理论认为，这些细胞进入了休眠状态。正如约翰逊所言，它们潜伏下来，并关闭所有的新陈代谢活动，基本上就是在等待条件恢复到更加温和的状态再复苏。但如果真是这样的话，随着时间的推移，环境会造成损害，细胞也会受损，最终无法修复。可是这种情况没有发生。于是，约翰逊开始研究另一种假设，即细胞将新陈代谢维持在很低的水平，并继续进行自我修复。
约翰逊说：“我们想问的一个问题是：在什么样的条件下，我们认为休眠是最受欢迎的，或维持着非常低的代谢活动水平，至少足以修复你的基因组，这样它就不会被损坏，以至于无法修复?”要做到这一点，你需要了解这种能力背后的遗传学原理。这些微生物的DNA究竟为何使它们如此坚韧？以前这是不可能的。
这是第一次，冰上的研究人员装备了口袋大小的DNA测序仪，即英国Oxford Nanopore公司生产的MinION MK 1B，用来对冰层上的微生物进行取样和测序，不是发送回样品而是数据。在如此恶劣的环境下生存，意味着微生物已经进化出能够提供保护的生物化学物质。这些化学物质被称为次生代谢物，对人类也同样非常有用。例如，一个群体构成了现代抗生素的基础。
对严酷环境中发现的生物体进行DNA测序，不仅可以让科学家们增加生物种类目录，还可以增加已知的能够产生有用次生代谢物的基因目录。同样的，现场进行排序是很重要的，因为在很多方面，它使传统的冒险生物学重新出现。维多利亚时代的植物学家会到喜马拉雅山东部去带回罕见的兰花，而如今的遗传学家正前往极端之地带回基因。
但是，作为乔治敦大学的行星科学助理教授，约翰逊有另一个理由去研究在恶劣环境中生存的微生物，那就是为将来探索火星生命做准备。她解释说：“对于南极来说，微生物非常重要。而它是地球上最像火星的地方。这很重要，因为我们在地球上发现的微生物有可能曾经在火星上居住过。
当这颗红色行星上还有液态水流动的时候，小行星的撞击导致来自火星和地球上的岩石相互撞击。我们可以确定，这些岩石沿着两颗行星的方向飞行，所以微生物的生命也有可能随之而去。在火星上，即使水蒸发或冰冻之后，生命也可能存活下来。而在南极洲，同样存在这种可能。也许埋在火星碎石下面，有些类似的东西正等待着被发现。（小小）
本文来源：网易科学人
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