这个沉睡了一亿年的生命，在一次人为事故中苏醒了

一个原本 3 米深的淡水湖，在一场事故后，变成了 60 米深的咸水湖，一个沉睡了一亿年的生命随之苏醒。

位于美国路易斯安那州杰佛森岛（Jefferson Island）的皮内尔湖（Lake Peignur）是一个美丽的淡水湖。这里资源丰富，湖底是钻石晶体盐业（Diamond Crystal Salt）公司用于开采岩盐的盐矿，湖面上，德士古（Texaco）公司还打算在这里勘探石油。

然而，1980 年 11 月 21 日，一切都变了。那天，德士古的钻井平台错误地估算了开钻位置，钻头意外穿透了皮内尔湖底盐矿第三层的顶部。

图片来源： Unsplash

人造漩涡

可怕的事情发生了。大量湖水涌入湖底的盐矿，在湖面上形成了一个巨大的人造漩涡。原本还打算挽救钻井平台的 7 名船员发现平台已经开始倾斜，只好选择逃生。他们眼睁睁看着 46 米高的井架，消失在了这个原本只有 3 米深的湖中。与此同时，湖水还淹没了地下 430 米深处的矿洞。盐矿工人紧急疏散撤离到矿井的最高层，但灌入的湖水很快就上升到了齐腰深的位置。

湖底矿井本来留有的用于支撑的盐柱，在湖水灌入后逐渐溶解，盐矿隧道也随之坍塌。湖底的洞越来越大，更多湖水灌了进去。曾经平静的皮内尔湖此刻好像变成了巨大的黑洞，吞噬着周遭的一切。11 艘驳船、一艘拖船、停车场、无数的树木、35 公顷的湖畔土地，还有一座建筑的一部分全都被吸入其中。目击者称，“就像看着浴缸里的小鸭子掉进下水道一样。”

以往，皮内尔湖的水由朱红-特切盆地（Vermilion-Teche Basin）汇入，随后从皮内尔湖经德尔坎布雷运河（Delcambre Canal）流入朱红湾（Vermillion Bay），然后进入墨西哥湾。此时，在漩涡的作用下，水源的淡水大量涌入。而另一头，德尔坎布雷运河也开始往湖里灌水，从墨西哥湾远道而来的咸水逆流而上，进入几乎已经空了的湖床，导致这里出现了 50 米高的临时大瀑布，也是路易斯安那州有记录以来最大的瀑布。

与此同时，对湖底的盐矿而言，湖水的大量涌入就意味着矿内空气的快速排出。这些压缩的空气伴随涌入的湖水从主矿井喷涌而出，形成了高达 122 米的泥浆喷泉，间歇式喷发。

德尔坎布雷运河倒流形成的瀑布。图片来源：YouTube via @ankerssm

直到事故发生几天后，皮内尔湖和盐矿内的水压才达到平衡。原本被漩涡卷入湖底的 11 艘驳船中的 9 艘如神迹一般弹出，重新漂浮在水面上。同时，由于咸水大量倒灌，这个原本 3 米深的淡水湖变成了一个 60 米深的咸水湖，皮内尔湖也成了路易斯安那州最深的湖泊。

沉睡了一亿年的生命

1985 年，时任路易斯安那州新奥尔良大学（University of New Orleans）生物学助理教授的罗素·H.弗里兰（Russell H. Vreeland）获批进入皮内尔湖底的部分废弃盐矿，收集了一些水样。弗里兰还从俄克拉何马州的两个盐卤公司收集了水样，打算分析这些样品中的微生物组成。经过分离培养，弗里兰从中发现了几种极端嗜盐古菌，它们至少要在 20%的盐水中才能存活，最佳的生存盐度为 25%～30%。

在地下盐水中发现广盐性细菌（能在盐度大幅变化的水域中生存的细菌）并不罕见，因为它们可能随雨水进入地层，并在穿越地层的过程中，逐渐适应不断升高的盐度。然而，极端嗜盐古菌只能在高盐环境下生存，因而在地下盐水中极为稀罕。它们究竟是从哪儿来的呢？

皮内尔湖旁矿井的泥浆喷泉。图片来源：YouTube via @ankerssm

弗里兰首先考虑到，这些古菌可能本来就生活在皮内尔湖水和雨水中，随之进入矿井和地层。但实验结果表明，这些极端嗜盐微生物无法在淡水或低于 15%盐分的水中存活，会直接裂解。而且，弗里兰只在盐浓度较高的样本中才检测到这些嗜盐微生物。

以来自俄克拉何马州的两个样品为例，它们来自同一个盆地的不同地层，采样点相距不到 400 米，水源也都来自渗透进地层的雨水。两份样品的唯一区别在于盐浓度不同：一份为 25%，另一份为 8%。结果显示，高盐浓度样品中有大量嗜盐和耐盐微生物，而低盐浓度样品仅有耐盐微生物。而皮内尔湖的湖水含盐量不足 1%，不可能是这些嗜盐微生物的来源。

考虑到这些水样的采样点是与外界直接相通的，弗里兰还探讨了这些极端嗜盐古菌是否可能通过管道或矿井等途径从地表进入。但研究人员从未在任何高盐湖泊中检测到这类极端嗜盐微生物。而且，皮内尔湖附近雨量丰富，地质和地形条件也不适合高盐环境形成。因此，附近的地表似乎并不存在这类微生物源。
既然如此，这些古菌是否可能原本只是普通细菌，后来才演化出极端嗜盐的特殊能力呢？从分子生物学角度看，古菌和细菌的差异非常大，细菌很难通过一系列突变就演化成古菌。从湖水注入到弗里兰采样的时间仅有 5 年，这样短暂的时间内发生如此显著的演化是极不可能的。倘若果真如此，那这种变异率已经远远超过了科学家所知的任何物种。

二叠纪的岩盐晶体。图片来源：原论文

排除这三种可能性后，弗里兰认为唯一剩下且合理的解释是：这些古菌原本就存在于盐矿中。它们可能在盐晶体形成时被锁在晶体内，或者以某种方式被困在晶体包裹的水中，然后在盐矿事故导致湖水涌入或雨水渗入地下后，随着晶体的溶解逐渐苏醒。

如果这个假设为真，也就意味着这些古菌早在岩盐晶体形成时就已经存在。皮内尔湖底的盐来自 1.25 亿~1.21 亿年前的早白垩世，俄克拉何马州盆地两处采样的地层分别距今 1 亿和 2.5 亿年。因此，这些极端嗜盐古菌很可能已经以这种形式存活了数亿年。

这篇论文发表后，越来越多的研究已经表明，微生物可能长期存活于矿物晶体中。2000 年，弗里兰教授从约 2.5 亿年前的二叠纪地层的流体包裹体中分离培养出了一株全新的芽孢杆菌；2022 年，一些科学家从澳大利亚中部的新元古代地层中发现了距今 8.3 亿年的微生物（但未培养）；2022 年的另一项研究显示，别名“柯南细菌”（Conan the Bacterium）的抗辐射奇异球菌（Deinococcus radiodurans）也能在地表以下 10 米的冷冻干燥条件下蛰伏 2.8 亿年之久。

发表抗辐射奇异球菌相关研究的《天体生物学》（Astrobiology）当期封面。图片来源：《天体生物学》

因此，随着科技的发展，在合适的条件下，或许越来越多与恐龙同时代（甚至更早）的微生物将穿越时空与我们相见。

今年 10 月 31 日，这株从皮内尔湖底盐矿分离得到的“杰佛森岛 1 号”（JI-1）古菌被弗里兰教授划定为盐红菌属（Halorubrum）的一个新物种，并命名为“霍赫斯坦的盐红菌”（Halorubrum hochsteinianum），以纪念科学家劳伦斯·霍赫斯坦（Lawrence Hochstein）在极端嗜盐微生物方面所作的贡献。

参考文献

[1]https://link.springer.com/article/10.1007/s00792-023-01320-4

[2]https://www.motherjones.com/environment/2013/08/sinkhole-swallowed-11-barges/

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Lake_Peigneur

[4]https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4615-3730-4_7

[5]https://www.economist.com/science-and-technology/2023/11/15/was-an-ancient-bacterium-awakened-by-an-industrial-accident

[6]https://www.nature.com/articles/35038060

[7]https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/50/8/918/613521/830-million-year-old-microorganisms-in-primary

[8]https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2022.0065

[9]https://www.youtube.com/watch?v=p_iZr2-Coqc

[10]https://www.youtube.com/watch?v=cNo-gEPWVnM

策划制作

来源丨环球科学（id：huanqiukexue）

作者丨黄雨佳

审校丨 二七

责编丨钟艳平