贫瘠荒芜！太阳系极端环境中，生命如何生存？

针养分匮乏地区的生命进行研究，为揭示早期地球和火星生命提供可能

我们对地球上极端环境微生物的不断了解为天体生物学开辟了新的可能性。科学家们正在研究那些看似永远无法供养生命的资源贫乏的世界。一个研究团队正在针对墨西哥的一个养分匮乏地区进行研究，试图了解生命是如何在这种充满挑战的环境下茁壮成长的。

该团队研究的区域叫做库托西涅加斯（Cuatro Ciénegas）盆地，大约四千三百万年以前，该区域曾是一片浅海，直到它与墨西哥湾隔绝开来。这是一片独特的区域，因为它既缺乏养分，却又古老的水生微生物的家园。

这项新研究的主要作者是来自亚利桑那州立大学地球与空间探索学院的Jordan Okei。这项研究的标题是“在整个生态系统获取养分的实验中，信息处理过程中的的基因组适应性是营养策略的基础”。这篇文章发表在《eLIFE》杂志上。

这项研究是在墨西哥奇瓦瓦沙漠的库托西涅加斯（Cuatro Ciénegas）盆地完成的。这个区域曾经是一片浅海，在大约四千三百万年以前，与墨西哥湾相隔绝开来。

这项研究主要关注生物体的基因组，以及它的几个基础方面，比如生物体的大小、信息的获取方式和获取密度（这里我理解成生物体对于外界信息的单位时间处理量）。研究人员探究了这些特性是如何使生物体在诸如库托西涅加斯（Cuatro Ciénegas）盆地这种极端环境下茁壮成长的，这个盆地的环境好比早期的地球，或者古代湿润的火星。

“这个地区的营养非常贫瘠，甚至大部分的生态系统是靠微生物主导，然而正是这里可能和早期地球的生态系统有着相似之处。正如火星曾经的湿润环境一样，可能使得生命赖以生存。”

主要作者奥基耶说到。一个有机体所做的每件事都是要付出代价的，因此当有机体着手做它们的工作时会做出很多的权衡。但进行权衡的过程会影响着一个有机体进行生物信息处理的效率。

一个适应了营养贫瘠的环境，并且在其中进化而来的有机体，可能不会在动用极大的资源来复制它们自己这件事上上“投资”。这只是团队的假设，但他们设计了实验去调查这件事。墨西哥四沼泽盆地的城市池塘。照片来自J.克雷克.文特尔研究所的副教授克里斯多夫.杜邦，也是这项研究的资深作者。

在一篇新闻稿中，杜邦提到“我们猜测在营养贫瘠（低营养）环境中发现的微生物，会处于必要依靠低资源策略来复制DNA，转录RNA和翻译蛋白质。相反，一个营养丰富的（高营养）环境更偏好于资源密集型战略。”实验涉及到建立所谓的“中胚层”，一种微生物生态系统。进而这些微生物会被以更高水平的含氮和磷的肥料喂养。这些元素刺激了中胚层微生物的生长。在实验的最后，他们与对照组观察对比，发现微生物群落对增加的营养物质作何反应。

在他们的研究中,作者的关注点在四个特征上,这些特征支配着生物体在他们的细胞中处理生物信息的能力。

基因的多样性是蛋白质合成所必需的，富营养生物应该有更多数量的基因有助于提高生长速度，或者生物体适应营养丰富的环境。

但是这里有另一种权衡，他们在营养贫乏的环境中处于劣势，以及他们的高复制率最终会降低它们的生长效率。

基因组的大小，一个具有较小基因组的生物体，需要更少的资源来进行复制，并且他们的细胞更小。这些生物体在一段相对营养丰富的环境中之后，能够快速的在营养贫乏的环境中做出响应。

鸟嘌呤和胞嘧啶的组成，鸟嘌呤和胞嘧啶是核苷酸酶，科学家也不能完全的确定为什么，在营养丰富的环境中，在基因组中具有高GC水平的生物体能够更好，可能是因为GC生产起来更加昂贵。因此具有低GC含量的生物体可能在贫乏的环境中能够更好。

密码子使用的偏见:密码子是RNA跟DNA核苷酸三联体的序列，密码子指定了蛋白质合成期间的下一步是加入氨基酸，多种不同的密码子能够编码氨基酸，但是在营养丰富的环境中，比起不能快速使用资源的密码子更加偏向于能更快使用资源的密码子。

这篇研究不同的地方在于它考虑了四个特征的全部，然而以前的研究只关注了一个或两个特征，这篇研究也考虑了这些特征在一个共同体里面的作用，然而之前的研究采用了不同的方法。正如在他们的研究中所说，我们的研究值得一提的地方，是第一个设计实验水平复制原基因组群体反应的评定的生态系统实验之一。

这篇研究是独一无二并且有力的，因为他从大生物体的生态学研究中获得想法，并且可应用于整个生态系统的微生物群体。

亚利桑那州大学生命科学学院的资深作者吉姆·埃勒斯，在四盆藻泽的lagunita池塘中进行了持续32天的实验。在这段时间里，研究者们总结现场监察、抽样分析和定期水质化验的结果。

实验结果与实验的假设呈线性相关：中观世界由有机体主导，这些有机体有超强地能力来复制营养物质使之不断增长。对照组主要由可以用较少的消耗来处理生物信息的物种组成。

研究表格显示存在编码使用偏差。

他们的假设预测，有机体在肥沃的微观世界中存在编码使用偏差。尽管多个编码可以编译出相同的氨基酸，但有机体可以在有更多资源可得的时候更快地获取资源进行氨基酸编码。

亚利桑那州大学生命科学院的资深作家吉姆·埃尔斯说：“这项研究是独一无二而且有力的，因为它运用了大型有机体的生物研究思想，并将这些思想运用于在整个生物系统实验的微生物群落。”

“通过这么做，我们第一次可以证明存在协助微生物对整个生物系统的进行反馈的基本生物特征，不需要与特定的微生物种类相关。”这个研究结果告诉我们一些关于生命如何在其他世界里的极端恶劣环境下运作的信息。无论有机体处在哪里，都必须对生物的信息处理能力进行微调，来充分利用它们所处环境里的关键信息。它们会受环境的影响，环境决定它们的形态。

Okies说：“这让人非常兴奋，这暗示的有许多需要被地球上的现存及以后的生命普遍接纳的生命规则。”

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3.袁毛安，turbo，只筌，铜银之炼金术师--universetoday

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参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自：https://www.universetoday.com/145051/nutrient-poor-and-energy-starved-how-life-might-survive-at-the-extremes-in-the-solar-system/

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