研究人员发现活跃的生态系统有半英里以下南极冰

南极冰下生命的首次突破

该冰川下来到湖Whillans出来的微生物是“令人难以置信的多样化”,而微生物细胞排在各种形状。黄色箭头指向一个棒状细胞通过扫描电子显微镜观察。(WISSARD提供图片)。

从WISSARD项目研究人员发现,生活在南极冰盖之下,将铵和甲烷转化为生长所需的能量微生物活跃的生态系统。

勃兹曼——第一个突破纸出来一个巨大的美国远征地球最后的边界显示下面的生活和一个活跃的生态系统1/2英里南极西部冰盖的表面,特别是在一个湖泊,没有见到阳光或感到风的气息了数百万年。

这种生命以微生物的形式生活在巨大的南极冰盖下,将铵和甲烷转化为生长所需的能量。蒙大拿州立大学教授约翰·普里斯库说,许多微生物是被称为古生菌的单细胞生物。普里斯库是美国WISSARD项目的首席科学家,该项目对亚冰环境进行了取样。他也是密歇根州立大学作者主导的合著者纸自然8月21日发行,一本面向所有科学和技术领域的国际周刊。

普里库说:“我们能够明确地向世界证明,南极洲不是一个死亡的大陆。”他补充说,《自然》杂志论文中的数据是第一个直接证据,表明在南极冰盖下的冰川下环境中存在生命。

主要作者布伦特Christner说,“这是第一个明确的证据表明,有不仅生活,但南极冰盖底下活跃的生态系统,这东西我们一直在猜测了几十年。有了这个文件,我们拍桌子,说:“是的,我们是正确的。”

Priscu表示,他并没有完全感到惊讶的是,在2013年1月,球队在钻半英里的冰上钻了半英里的冰川来到船上湖·瓦利安人。一位国际知名的极地生物学家,Priscu研究了南极和北极。今年秋季将是他在南极洲的第30季,并且他长期以来预测了发现。

十多年前,他在《科学》(Science)杂志上发表了两篇手稿,首次描述了微生物生命可以在南极冰层内外茁壮成长。五年前,他发表了一篇手稿,预言南极冰川下的环境将是地球上最大的湿地,而不是由北美典型湿地地区的红翅黑鹂和香蒲所主宰,而是通过微生物在零度以下的温度下开采岩石中的矿物质,以获得生长所需的能量。

普瑞斯库十多年来在世界各地发表演讲,描述南极冰层下可能存在的东西,他在说服美国国家资助机构相信这项研究将改变我们看待这个星球上第五大大陆的方式方面发挥了重要作用。

虽然他对这一发现并不感到惊讶,但普瑞斯库说,他对南极发现的一些细节感到兴奋,特别是微生物在没有阳光的情况下如何在零度以下的温度下工作,以及证据来自的事实DNA测序结果显示,古菌是占优势的生物。古生菌是生命的三个领域之一,其他的是细菌和真核生物。

许多冰下古生菌的使用的能源中铵的化学键来固定二氧化碳,并带动其他代谢过程。微生物的另一组使用能源和碳排放甲烷谋生。据Priscu,铵的来源,甲烷是最有可能从沉积在该地区的几十万年前,当南极洲温暖和淹没南极洲西部海上的有机物分解。他还指出,由于南极洲持续变暖,大量甲烷,一种有效的温室气体,将被释放到大气中加强气候变暖。

研究人员发现冰下湖下有一个活跃的生态系统

这张地图显示了南极西部冰原的钻探地点,研究人员在那里发现了一个活跃的生态系统,在冰川下的惠兰斯湖下半英里处。(图片由WISSARD)。

美国队也证明了微生物起源于Whillans湖没有受到污染的设备引进,Priscu说。他以前的南极冰研究的怀疑论者认为,他的团队实际上并没有发现微生物,但它们恢复本身带来的微生物。

普瑞斯库说:“我们采取了极端措施,以确保我们不会污染地球上最原始的环境之一,同时确保我们的样本是最完整的。”

两年前,密歇根州大学对WISSARD的井眼净化系统进行了广泛的测试,以确保其工作正常,Priscu领导在国际期刊上发表了这些测试结果。该净化系统与一个独一无二的热水钻相匹配,该热水钻用于融化穿过冰盖的钻孔,从而为冰川下的环境提供了取样通道。

每天在南极,他会告诉他的团队,以保持它的简单,Priscu说。为了证明一个生态系统中存在的南极西部冰盖下面,他希望至少三行的证据。他们必须看到,从Whillans湖来到显微镜和不被污染的设备下的微生物。然后,他们必须证明微生物存活和成长。他们已被他们的DNA被识别。

当团队发现那些东西,他知道他们成功了,Priscu说。

威兰斯冰流冰下通道研究钻探(WISSARD)项目于2009年正式启动,获得了美国国家科学基金会1000万美元的拨款。目前有来自8个美国机构的13名主要研究人员参与,研究人员于2013年1月深入冰下的惠兰斯湖。他们发现的微生物仍在密歇根州立大学和其他合作机构进行分析。

克里斯特纳说,在微生物学中很难确定物种,但“我们看到的水柱可能有大约4000种我们称之为物种的东西。yabo124这是令人难以置信的多样性。”

普瑞斯库计划今年夏天在南极的一个新地点再次进行钻探,他说,WISSARD是第一次直接研究南极冰下环境生物学的大规模多学科研究。yabo124南极冰盖的面积是美国的1.5倍,包含了地球70%的淡水,任何显著的融化都可能导致海平面急剧上升。威兰斯湖是南极冰盖下200多个已知湖泊中的一个,也是WISSARD研究的主要湖泊,大约每三年充水和排水一次。流经威兰斯湖的河流在罗斯冰架下流动,罗斯冰架有法国那么大,它为南大洋提供养分,并影响水循环模式。

普瑞斯库说,对美国南极西部冰原下的世界进行探索,以及对该团队的几名密歇根州立大学附属研究人员来说,都是一个前所未有的机会,他们是《自然》杂志论文的作者或合著者。

2002年至2006年,克里斯特纳曾在密歇根州立大学担任Priscu和Mark Skidmore的博士后研究员。他现在是路易斯安那州立大学生物科学副教授。Jill Mikucki,现在是诺克斯维尔田纳西大学的助理教授,是Priscu的博士生之一。斯基德莫尔是密歇根州立大学地球科学系的一名冰川地球化学家。Andrew Mitchell,现就职于英国阿伯里斯特威斯大学,是密歇根州立大学生物膜工程中心的博士后研究员。亚历克斯·米肖(Alex Michaud)和特里斯塔·维克梅杰斯(Trista vic - major)目前在密歇根州立大学的普里斯库研究小组获得博士学位。团队中的其他密歇根州立大学成员包括教育和外联协调员苏珊·凯利和项目经理约翰·谢夫。

普里库说,密歇根州立大学如此积极地参与其中,反映出它开创了一个新的科学领域。密歇根州立大学是许多研究冰内和冰下生命的科学家的共同祖先。

“当我的学生来到实验室时,我总是告诉他们,‘我们正在发明这个科学领域。它在研究冰下和冰下的生活。这个领域以前从未存在过。我们想出来的。你们是先驱者,’”普瑞斯库说。

维克梅杰斯表示,她很感激有机会参加WISSARD,在从冰川下的惠兰斯湖提取第一个水样本后的一个小时内,她就在显微镜下看到了细菌。几天后,她看到了细菌活跃的证据。

“那真是太让人激动了。这将是很难顶部,”她说。

她补充说,“如果你想研究南极冰川下环境的微生物生态学,约翰可能是你想要合作的人。”我很幸运能得到这个机会。”

同意,米肖说,“一些研究生笑话,‘我们怎样才能超过它?’我们不能。”

但他说,学生们可以在WISSARD的经验基础上,对冰川下的惠兰斯湖和其他冰下栖息地有更深入的了解。这不是出去寻找更多新的栖息地。

克里斯特纳说,在《自然》杂志上发表这篇论文的团队是极地生物学的梦之队。yabo124除了密歇根州立大学的科学家,合著者还包括路易斯安那州立大学的研究生阿曼达·阿奇伯格;意大利威尼斯大学的地球化学家卡洛·巴班特;萨沙·卡特(Sasha Carter),加州大学圣地亚哥分校博士后研究员;克努特·克里斯蒂安森是明尼苏达州圣奥拉夫学院的博士后研究员纽约大学

“我希望这个令人兴奋的发现会触动人们的生活(无论老少)在世界各地,激发下一代极地科学家,” Priscu说。

出版: Brent C. Christner等人,“南极西部冰盖下的微生物生态系统”,自然512,310-313(2014年8月21日);doi: 10.1038 / nature13667

图片:WISSARD

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