能量驱动地球，它是所有生物成长、发展和运转所必须的东西。但是细胞需要消耗多少能量呢？海底下的沉积物微生物（可能超过海洋本身发现的微生物细胞）正在提供一些令人惊讶的答案。这种生物不仅挑战了科学家认为他们了解生命能量需求的知识，而且暗示了定义生命是什么以及我们将在何处找到生命的新方法。
上周，在《科学进展》杂志上，研究人员展示了迄今为止最完整的海底之下奇怪的，隐藏的生物圈的照片。海洋钻探探险队反复探测了那些浅色的深度和未被发现的细胞，这些细胞几乎可以在悬浮的动画中生存，所消耗的能量比其近邻的能量少几个数量级。但是，这项新研究提出的模型表明，这种僵尸状态可能适用于海洋沉积物中的绝大多数微生物，而且它们通常以接近生命理论最低限度的能耗为生。
伦敦玛丽大学的地球生物学家，新模型研究的主要作者詹姆斯·布拉德利说：“整个细胞生物圈的遍布了全世界，如果都像我们这样生物消耗能量，地球没有足够的能量让它们生存。”
为了了解生活在海底沉积物中的微生物，科学家通常必须进行钻探探险以获取其样本。但是这些任务是困难且昂贵的，而且地球表面70％的表面都被海洋覆盖，“我们很快意识到，我们并没有获得绘制海底沉积物真正需要的样本数量，” 南加州大学暗能量生物圈调查中心主任、论文合著者扬·阿曼德（Jan Amend）说，“因此，我们需要使用现有的数据，并通过建模方法扩展这些数据。”
为此，阿曼德、布拉德利及其团队的其他成员将海洋划分成数十万个部分，并使用数十年来的探险、实验室实验和理论模型得出的数据，来推断每一个较年轻的沉积物的详细资料。他们估计的值包括沉积物的年龄，其中的细胞密度和分布，这些细胞如何获得能量以及细胞代谢可用营养素的速率。
根据这些值，研究人员计算了每个区域中细胞的功耗——细胞获取和使用能量的速率，而不仅仅是能量本身的数量。田纳西大学诺克斯维尔分校的微生物学家凯伦·劳埃德（Karen Lloyd）说：“这很重要，因为这是谈论生命能量的更准确的方法。时间对生命至关重要。”
生命的极限能耗他们发现，埋藏在海洋沉积物中的细胞在难以置信的低功率水平上工作。总的来说，这些沉积物中的微生物，在一些地方可能延伸到海底以下几公里，总共只消耗了海洋上200米消耗的十分之一的功率。平均而言，每个细胞在沉积物埋藏中存活的功率水平都明显低于"世界上一些能量最匮乏的东西"，正如劳埃德所说，其数量级比实验室环境中测量的任何生物体都低。
该计算与该团队成员较早的理论工作相一致，该团队成员在2015年试图估计生命所需的最低能量，其前提是即使深度休眠的细胞也必须修复对其必需分子的随机损伤才能生存。他们发现，对于单个细胞，此功率最小值徘徊在10^(-21)瓦左右。这大约是每天一次将千分之一的盐粒提升至一纳米所需的功率。（作为参考，人体平均使用的阅读灯功率约为100瓦。）新模型表明，生活在海底沉积物中的细胞所消耗的功率仅略多于此。
尽管以前已经针对单个海底站点进行了此类测量，但它们往往在某种程度上孤立地存在。劳埃德说：“我们在这里和那里做了很多无聊的事，但实际上，这篇论文将它们放在一起，并放到了全球视野。”
停滞的生物圈
该研究估计的含义是，这个地下生物群落几乎没有细胞分裂：那里的一些个体细胞可能存在1亿年的历史。这也意味着在所有时间内，这些细胞可能根本没有进化或改变太多。这是一个以停滞为特征的生物圈。“确实，大多数细胞几乎没有坚持下来，”阿曼德说，“我们关于细胞如何进化的概念，超出了这个难以置信的大型生物圈的视野。”
然而，由于它们的数量和存活的年代，这些僵尸细胞在甲烷的产生、地球上最大的有机碳池的降解以及其他过程中起着重要作用。劳埃德说：“它们是如此低能耗，但实际上它们对地球产生了巨大的影响。”
总而言之，“生命并不需要太多的能量，”她补充说。这就开辟了生命存在于科学家可能从未见过的领域中的可能性，包括在恶劣环境的行星上。举例来说，也许细胞可以通过努力争取生存直到环境好转而在曾经有海洋的世界中生存。
尽管此模型是全面的，但仍不完善：它着眼于可追溯到260万年前的较年轻的地下沉积物。深层沉积物中的微生物可能消耗的能量更少，而其他海底生境中的细胞（例如地壳的岩石）可能消耗的能量更多。
该模型中的假设也值得进一步审查。罗德岛大学（University of Rhode Island）的海洋学家史蒂夫·德·洪特（Steve D’Hondt）表示：“这里有很多细节值得我们深思。”他说，例如，一些新工作对有氧和无氧代谢地理分布的估计并不完全符合先前的发现。
但这是意料之中的，德·洪特补充说：模型可以发现模式并为进一步的测试做出预测。日本海洋地球科学技术局的微生物学家Yuki Morono发现，布拉德利及其同事的建模工作补充了他对深层沉积物生命的发现——可能有助于填补一些空白。
生存边缘Morono和德·洪特是一个研究小组的负责人，他们在两周前宣布，他们已经恢复了被困在海底下长达一亿年的沉睡中的细菌。他们辛苦地诱使这些沉积物中的大多数休眠细胞恢复到更加可识别的存活状态。但是，当他们在以前的研究中尝试使用更年轻、营养更丰富的沉积物尝试相同的实验时，他们只能使一小部分微生物复活——这是违反直觉的结果，因为这些细胞生活在看起来不太苛刻的环境中。
布拉德利（Bradley）的新论文中的模型暗示了一个可能的解释：当1亿年前的沉积物首次形成时，被困微生物实际上可能具有更多的能量或能力。根据Morono的说法，也许是这种初始状态，随后能量水平立即下降，随着细胞被更深地埋藏，某种程度上使长期生存变得更可能。
他希望研究人员将继续将更多研究的信息整合到模型中，以获取这些见解。但是，建模似乎已经帮助确认了许多科学家怀疑的东西。“生命的边缘是什么？要成为生命，您需要什么？” 劳埃德说，“结果不是很多。”
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