在极端环境中生存 探索125°环境中的生命存在

锡拉丘兹大学的生物学家们正在深入研究微生物真核生物如何在极端环境中生存和繁衍。地球上估计有约870万种真核生物，这些生物的特点是拥有细胞核以及其他膜结合的细胞器。尽管我们通常将真核生物与动物和植物联系在一起，但实际上它们的形式远不止于此。

在加利福尼亚州的拉森火山国家公园，奥利维里奥和拉帕波特正在进行实地研究，这里拥有许多热液地貌。他们的研究焦点是原生生物，这些单细胞微生物是真核生物多样性的重要组成部分。通过研究这些生物，科学家们能够探索真核生物丰富多样性和复杂性的进化路径，了解地球生命发展的过程，例如多细胞性的起源。

这些科学家在致力于理解地球物种进化背后的机制时，仍然存在着一个关键的问题：微生物真核生物如何适应地球上的极端环境。为了解决这个问题，锡拉丘兹大学文理学院生物系的专家们正在研究栖息在极热和极酸的地热湖泊中的原生生物。

近期，一个由生物学助理教授安吉拉·奥利维里奥领导的团队，从加利福尼亚州的拉森火山国家公园返回。这个公园拥有美国最大的地热湖。这个湖泊是一个酸性硫酸盐蒸汽加热的地热特征，环境既热（约52摄氏度）又酸（pH值约为2），为研究极端嗜酸性生物提供了一个独特的环境。

奥利维里奥和她的同事汉娜·拉帕波特，在《自然-通讯》上发表了一篇研究论文，其中建立了一个数据库，收录了之前在极端环境中寻找微生物真核生命的研究。他们分析在类似的环境条件下，哪些真核生物系在不同的研究中被多次检测到。

研究发现，有几种变形虫品系常常出现在极高温环境中。研究这些品系可能会对真核细胞如何适应极高温环境下的生活产生重大启示。在拉森国家公园的地热湖中，有一种名为嗜热变形虫的变形虫数量相当丰富。确定这种生物是如何适应这种极端环境的，可以拓展我们对适合生命存在的宇宙环境的认识。

为了深入了解这种特殊的原生生物，奥利维里奥和拉帕波特去年夏天来到拉森国家公园采集样本。在湖边，他们使用特殊的工具采集湖水样本，这一工作并不容易，因为湖水的温度远高于华氏100度。之后，他们将样本带回实验室，正在分离单细胞进行基因组测序，并用显微镜观察变形虫的特征。

尽管真核生物如何适应极端环境仍有许多未知，但奥利维里奥希望通过这项研究填补目前的知识空白。她表示：“我们观察到这种变形虫形态有其特殊之处，能够在这些真核生物系中持续存在，但其背后的机制仍然是个谜。”他们的每一步发现都让我们离解开这个谜团更近一步。经过深入研究，我们的假说提出，在极端环境下生存的原生生物可能通过几种方式获得了特殊的生存工具包。这些方式包括细菌的水平基因转移、基因组的削减以及特殊基因家族的扩展。这些遗传过程赋予原生生物独特的适应性和生存能力，使其能够在极端环境中存活并繁衍。

水平基因转移是一种跨物种的遗传信息交流过程，在这种过程中，细菌通过某种方式将遗传信息传递给其他生物体。基因组的削减则是在生物进化过程中，某些基因由于不再被需要而被删除，从而减轻基因组的负担，提高适应性和生存能力。特殊的基因家族的扩展使得这些原生生物能够通过增加基因的数量和功能来获得更强的生存优势。

研究团队的基因组规模探索工作为我们揭示生命树的构建提供了极其重要的信息缺失部分。通过对基因组数据的深入分析和挖掘，我们将能够更加清晰地理解生命的分布和进化的历史。这项研究如同一场寻找生命之谜的探险之旅，每一次的发现都让我们对生命的起源和演化有了更加深入的认识。它不仅有助于我们了解生命的多样性，而且可以帮助我们更好地理解和预测生物在环境变化中的适应性和生存策略。随着研究的深入，我们期待能够解锁更多关于生命科学的奥秘，为人类的健康和繁荣做出更大的贡献。这项研究的重要性不言而喻，它将为我们的知识宝库增添宝贵的财富。