最近的一项调查揭示了某种类型的有孔虫，这些单细胞生物几乎存在于所有海洋环境中，如何在缺乏光照和氧气的区域生存。
虽然地球上的大多数生物依赖阳光维持生存，但生活在深海、阳光无法穿透的生物又会怎样呢？由伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）主导并发布在The ISME Journal上的一项最新研究提供了关于一种特定有孔虫物种如何在黑暗、缺氧的环境中生存的见解。
这种有孔虫物种采用了一种被称为化能自养的代谢策略。这个过程利用无机物质，可能包括硫化物，来吸收碳，使其能够在缺乏氧气的环境中生存。化能自养已在细菌和古菌中有所记录，这些微生物是缺乏真正细胞核的简单生物。然而，有孔虫被归类为真核生物，这意味着它们具有一个定义明确的细胞核，里面包含了它们的遗传物质。
“有孔虫与动物、植物和海藻一样，属于真核生物类别。我们之所以对这一特定有孔虫的研究感兴趣，源于它能够在类似地球在前寒武纪时期的环境中繁衍生息，而在那时动物生命尚未出现，”WHOI地质与地球物理学部门的研究助理Fatma Gomaa表示。“在那一时期，海洋几乎没有可用的氧气，并且含有高浓度的有害无机物质，类似于一些现代海底栖息地，特别是在沉积物中。研究这种有孔虫所利用的能量和碳源，可以帮助我们了解这些物种是如何适应环境变化的，同时加深我们对地球上真核生物进化的理解。”
为了收集有孔虫样本，研究小组使用了海洋探索信托管理的E/V Nautilus上的遥控水下机器人Hercules，在加州海岸近570米（1,870英尺）海面下收集沉积物。团队采用两种主要方法来研究有孔虫的生存策略。第一种方法涉及将样本在含有红色染料的保存液中冷冻，以便保持有孔虫的原位状态。随后，他们通过基因表达分析检查了这些生物的代谢途径。此外，还进行了使用同位素碳示踪剂的原位孵育，使研究人员能够追踪标记代谢物在化学反应中的变化。这些孵育在海底持续了大约24小时，然后在红光下回收并进行亚样本分析。
“我们对海底示踪剂孵育的分析显示，示踪剂从水中移动并与有孔虫生物量结合。这提供了对这些生物利用碳源的见解，”斯通希尔学院的化学助理教授及系主任Daniel Rogers说道。“在深处进行这些观察至关重要，因为这些生物自然存在于那里。将它们带到水面会让它们暴露于光线中，提高温度，并改变压力条件。这种原位的方法使我们能够更好地理解这些生物如何在如此极端的条件下生存。”
这项研究得到了NASA的资助，NASA正在探索其他行星上生命的潜力及其生存方式。尽管深海和外星环境在许多方面有所不同，但它们共享一些特征，如寒冷的温度、黑暗，以及在许多地方缺乏氧气。WHOI地质与地球物理学部门的高级科学家、专注于有孔虫的专家Joan Bernhard指出，她已经花费数十年研究这一底栖有孔虫群体，以了解它们在许多艰难环境中生存的策略。
“有孔虫在我们星球上非常丰富，大多数直径仅约300微米。在一个不超过铅笔橡皮擦大小的空间中，你可以找到多达500个该物种的个体，它们生活在黑暗、缺氧、含硫的栖息地中，”Bernhard解释道。“这种物种从无关生物体中摄取叶绿体——这些细胞器在暴露于阳光时支持光合作用。这种现象被称为‘窃养’，即一个生物从另一个生物中夺取叶绿体。虽然这些有孔虫永远不接触阳光，但我们认识到窃养在这里发生；然而，我们需要进一步研究，以揭示为何这些有孔虫在黑暗缺氧的环境中如此成功。”
除了它们在极端栖息地中的惊人适应能力外，有孔虫的壳在与气候变化以及寻找碳氢化合物沉积有关的研究中也非常有价值。“我们拥有超过五亿年的有孔虫化石记录，为这一生物群体提供了比地球上大多数其他生命形式更长的历史，”Bernhard补充道。“通过研究这些化石，我们可以追踪它们的壳如何对历史环境参数的变化作出反应，例如温度、盐度、pH和氧气水平。通过分析它们壳中所含的地球化学物质，有孔虫成为了地质沉积物年龄和环境条件的优秀指示器，这对于准确构建气候记录至关重要。发现某种有孔虫是化能自养的则引发了我们对其地球化学记录解释的新问题，以及我们是否正确理解它们。其他有孔虫物种也可能表现出类似的行为。”
研究人员保存了另外两种有孔虫物种的样本，初步发现表明这些类型之间存在生物学差异。科学家们目前正在进行类似的调查，以确定这些物种的能量和碳源。
