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　　火星宜居环境与生命信号探测是行星科学和深空探测的重要研究内容。基于比较行星学思路研究地球上类火星极端环境中微生物的多样性与适应机制，有助于更好地理解地球生命的生存极限，也为评估火星宜居性和生命存在的可能性、遴选探测生物标志物等提供重要启示。大浪滩地区位于柴达木盆地的西北部，是盆地内气候最极端的地区之一（图1a）。该地区具有极端干旱、昼夜温差大、气压低、紫外辐射高等极端环境条件，在地表和地下分布着蒸发盐沉积（如硫酸盐、氯酸盐和高氯酸盐等），因此被认为是一处独特的类火星区域，是开展天体生物学研究的理想地区。火星环境演化是一个不断干旱化的过程，前期研究推测火星岩石及岩下环境可能是潜在生命生存的“绿洲”。柴达木盆地大浪滩地区存在许多砾石堆积（图1b），这种半透明的岩石不仅可以过滤致命的辐射，而且其底部可以维持一定的湿度，并减缓环境温度剧烈波动造成的压力，为生命提供了一种类火星极端环境下的“避难所”。因此，研究大浪滩地区岩下土壤中微生物的多样性和适应机制有助于探讨火星岩下环境的潜在宜居性。 

图1 大浪滩地区岩下土壤样品采集

　　中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室地球与行星磁场及宜居性学科组的博士研究生刘立与导师林巍研究员等，对大浪滩地区的岩下土壤微生物进行了系统研究，并与岩石旁裸露的表层土壤微生物群落进行了对比。大浪滩岩下土壤中存在明显的绿色菌斑（图1c），傅立叶红外光谱结果揭示岩下土壤较裸露土壤具有更显著的有机芳香族分子的特征峰，表明岩石下方为微生物生存提供了较好的环境条件。分子生物学研究发现岩下土壤与裸露土壤中微生物群落存在显著差异，岩下土壤中含有更高的微生物丰度和有机碳含量，尽管所有土壤样品中微生物群落都以放线菌门（Actinobacteriota）和变形菌门（Proteobacteria）的细菌为主，但是岩下土壤具有更高丰度的蓝细菌（Cyanobacteria）。 

　　为了深入认识岩下土壤微生物的适应机制，研究团队进一步利用基于Illumina 和Nanopore的宏基因组学技术，共获得了89条高质量的基因组草图（图2）。通过宏基因组和基因组的分析发现，岩下土壤微生物群落相较于裸露土壤微生物具有更丰富多样的代谢能力，它们在大浪滩地区的碳、氮和硫等循环中可能发挥了重要作用。除了蓝细菌是大浪滩地区土壤微生物生态系统中的重要初级生产者，岩下土壤中能够进行化能自养的放线菌也可能具有不可忽视的贡献。基于基因组构建的微生物代谢通路揭示，环境中的痕量气体H2和CO可能是微生物在大浪滩贫瘠荒漠中重要的能量来源，微生物可以通过吸收利用这些气体进行有氧呼吸和碳固定从而获取能量。此外，岩下土壤微生物的基因组中发现了DNA损伤、氧化压力、渗透压力等环境压力应激响应的基因，以及编码胞内合成与运输各种相容性溶质等通路的基因，这可能是微生物适应大浪滩地区极端环境的重要机制（图3）。 

图2 宏基因组数据组装得到89条高质量的细菌基因组

图3 大浪滩地区土壤微生物代谢功能与适应机制模式图

　　综上，该研究揭示出大浪滩地区类火星极端环境中半透明岩石底部生存着能够自我维持且代谢能力多样的微生物群落，据此推测火星的岩下区域可能保存火星早期的生命痕迹，这为未来火星生命信号探测提供了启示。

　　研究成果发表于国际学术期刊AEM（刘立，陈妍，申建勋，潘永信，林巍*. ？Metabolic versatility of soil microbial communities below the rocks of the hyperarid Dalangtan Playa[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2023, 89(11): e0107223. DOI: 10.1128/aem.01072-23）。研究受国家自然科学基金委、中国科学院等共同资助。 

来源：中国科学院地质与地球物理研究所