Genomic and experimental evidence from Antarctic geothermal sites indicates diverse thermophiles are globally cosmopolitan
这项研究通过基因组学和实验证据，证明了来自孤立南极地热点的多样化嗜热微生物具有全球分布性、能够快速重新定殖，并能通过火山事件和大气条件进行扩散，从而挑战了嗜热微生物受扩散限制的观点。
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几十年来，科学家们对极端高温下的生命一直持有特定的观点。他们认为，那些在沸腾的热泉和火山土壤中茁壮成长的微生物就像岛民一样，被困在各自孤立的温暖小环境中。由于这些环境散布在全球各地，并被广袤而寒冷、不适宜居住的土地所分隔，人们曾认为生活在其中的嗜热微生物无法在彼此之间旅行。主流理论认为，由于缺乏形成坚韧、休眠孢子的能力来在旅途中生存，这些生物只能困在原地进化，在孤立中演化。这个想法似乎合情合理：如果你无法在开放的大气层中抵御严寒、干燥或强烈的紫外线，你就无法跨越海洋或大陆去寻找新的热泉。
然而，一项新研究通过观察地球上最孤立的热点地区——南极洲火山周围的地热土壤——挑战了这一长期以来的信念。这些地点被冰雪包围，远离其他温暖之地，是测试嗜热生命是否真的被困住的完美案例。通过检查这些微生物的遗传蓝图并测试它们在恶劣条件下的生存能力，研究人员发现，其中许多生物并非当地居民。相反，它们看起来像是全球旅行者，能够穿越世界并在遥远的新热土壤中定居，打破了嗜热生物天生被困在原地的观念。
由来自新西兰和美国的科学家领导的研究小组，将重点放在了南极洲的四个特定地热点，其中包括地球上最南端的活跃火山——埃里伯斯山（Mount Erebus）。他们采集了这些温暖斑块的土壤样本，并利用先进的基因测序技术重建了其中微生物的基因组。随后，他们将这些遗传特征与来自世界其他热环境的庞大微生物DNA数据库进行了对比。结果令人惊讶。他们发现，来自这些孤立的南极地点的嗜热微生物中，有近三分之二在世界其他地方都有遗传匹配项，从美国的温泉到南美洲的土壤皆有分布。这表明这些生物并非南极洲所特有，而是属于一个广泛分布的全球种群，在不同大陆之间迁徙。
为了理解这些微小的生物如何能在如此漫长的旅途中在寒冷、干燥且阳光充足的大气层中生存，研究人员将三种南极微生物带入了实验室。他们让这些培养物经历模拟空中旅行的条件：极度寒冷、完全缺乏食物、脱水以及强烈的紫外线辐射。结果显示，这些微生物比预想的要顽强得多。虽然紫外线是最具破坏性的因素，杀死了许多细胞，但仍有相当比例的种群能在冰冻和干燥条件下生存数周。其中一种被称为“芽孢杆菌属”（Geobacillus）的微生物甚至能够形成孢子，这像是一层护盾，使其能够承受最强烈的辐射。而其他那些不产生孢子的微生物依然表现出了极高的生存韧性，这表明它们拥有自己的“生物装甲”，例如高水平的保护性DNA修复机制或能屏蔽阳光的色素。
研究还探讨了这些微生物最初是如何进入空气中的。研究人员检查了从埃里伯斯山附近冰川钻取的冰芯，寻找被称为“火山碎屑”（tephra）的火山灰层，这些碎屑是在火山喷发时沉积的。他们发现，这些灰层富含嗜热微生物，其中许多微生物在周围的冰层中并不存在。这表明，当火山喷发时，它就像一部巨大的电梯，将土壤和微生物射向高空，使其能够乘风远行。此外，研究团队直接从埃里伯斯山的炽热土壤中采集了空气样本，发现嗜热微生物已经漂浮在火山上方的空气中，随时准备随风而去。
为了测试这些微生物重新定居新区域的速度，研究人员还观察了一个在四年前被熔岩流灭绝过的夏威夷地点。他们发现，那里的热土壤中已经栖息着许多与世界其他地方发现的菌株具有相同遗传特征的嗜热微生物。这种特定全球菌株快速回归到刚被灭绝现场的现象表明，这种扩散并非万分之一的罕见事件，而是每隔几年就会发生的常规现象。抵达这里的微生物不仅包括那些能形成孢子的类型，许多非孢子形成型的微生物也是从遥远的地方旅行而来的，很可能是跨越了太平洋。
研究人员识别出了有助于这些微生物生存的特定特征。他们发现，这些“全球旅行者”在DNA中的某些化学构建模块比例更高，这可能有助于抵御阳光带来的损伤。他们还发现，许多这类旅行者拥有能够摄取空气中微量气体的基因，从而在漂浮于天空时获得能量来源。此外，全球旅行者更有可能在更广泛的温度范围内生长，包括较凉爽的适温环境，这使它们能够在寻找下一个温暖家园之前的寒冷旅程中存活下来。
这项工作从根本上改变了我们对生命如何在地球上扩散的理解。它表明，具备在极端高温下生存的能力并不意味着生物必然被困在原地。相反，许多嗜热微生物已经进化出了必要的工具，以在恶劣的大气条件下生存，从而能够长途跋涉并在新的环境中定居。研究表明，嗜热生命的领域比此前认为的更加紧密相连，微生物正通过风力和偶尔的火山喷发，在地球上孤立的热泉之间不断移动。虽然这项研究并未证明每一类嗜热微生物都是全球旅行者，但它提供了强有力的证据，证明其中很大一部分确实如此，从而改写了生命在地球最极端环境下如何扩散的规则。
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