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科学家在南极冰层下湖泊钻洞一公里 意外发现古老生命迹象

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科学家们在距离南极600公里处被掩藏在冰层之下的南极湖泊中钻探,发现了令人惊讶的古老生命迹象:一公里冰层下保存的小动物的尸体。

甲壳类动物和一种名为“水熊”的爬行动物比罂粟种子还小,是在冰川下默瑟湖(Lake Mercer)中发现的,这是一个几百年不受干扰的水体。到目前为止,人类只通过穿透冰的雷达和其他遥感技术间接地看到了湖泊。但是,12月26日,由美国国家科学基金会(NSF)资助的研究人员成功地打通冰层,有机会将仪器送入下面的水中,这种情况发生了变化。

内布拉斯加大学林肯分校的微型古生物学家大卫哈伍德说,发现这里的动物是“完全出乎意料的”,他是SALSA探险队的一部分,SALSA被称为南极冰川下湖泊科学通道。

当生物学家意识到至少有一些来自默瑟湖的动物是陆生动物时,这个谜团似乎有个方向。这种八条腿的缓步动物类似于已知栖息在潮湿土壤中的物种。看起来像蠕虫,实际上是陆生植物或真菌的卷须。尽管科学家们不能排除甲壳类动物是海洋居民的可能性,但它们很可能来自冰川覆盖的小湖泊。

研究人员现在认为,这些生物居住在Transantarctic山脉的池塘和溪流中,距离默瑟湖大约50公里,在冰川消退的短暂温暖时期(要么是在过去1万年,要么是在12万年前)。后来,随着气候变冷,冰块扼杀了这些动物生命的绿洲。甲壳类动物和缓步类动物是如何到达默瑟湖,仍然是一个争论不休的问题。当SALSA团队试图使用碳定年法来确定它们的年龄,并尝试对生物的DNA进行测序时,可能会出现答案。现在,将这段历史拼凑在一起,可以揭示出更多关于几千年前南极洲冰川消退的时间和距离。

“这真的很酷,”加州大学圣克鲁兹分校的冰川学家Slawek Tulaczyk说,他不是SALSA团队的成员。 “这绝对能让人大吃一惊。” Tulaczyk自20世纪90年代开始研究从冰川下方取回的沉积物,他说之前在冰盖下从未找到这样的东西。Tulaczyk是此前唯一一次在南极冰下湖钻探的探险队的联合队长,即2013年在距离默瑟湖50公里的lake Whillans。科学家发现Lake Whillans充满了微生物,但没有看到更高等的生命迹象。

Tulaczyk说,在默瑟湖的情况来看,冰下的河流可以将动物尸体和真菌从山上冲到湖边。或者这些生物可能被冻结在冰川的底部,随着冰川的推进,冰川把它们从山里拖了出来。换句话说,想要了解很久以前的跨南山脉历史,关键可能就埋在50公里外的一个湖底。

冻结时间

这一故事于12月30日开始,当时SALSA科学家们提起了一种测量水温的仪器,刮掉了湖中灰褐色的泥浆。

当Harwood在显微镜下滑动泥浆时,发现了他所希望的东西: 硅藻壳,这种光合藻类在数百万年前生存和死亡,当时南极洲更暖和,一片无冰的海洋覆盖着现在的默瑟湖。但他在透明的硅藻碎片中发现了一个不寻常的东西:一种虾状甲壳类动物的壳,它的腿还连着。Harwood说,它的甲壳上有斑点,颜色也变了,“就像落在地上已经一季的老叶子”。

古生物学家很快发现了甲壳类动物另一个甲壳碎片,这个碎片呈健康的琥珀色,并且仍然覆盖着细腻的毛发。 “它看起来很新鲜,”他说。 “就像活着的东西一样。” 认为活着的动物可能会在这片与外界隔绝的黑暗水域里徘徊,这种想法似乎既合理又古怪。

湖水的样本含有足够的氧气来支持水生动物,并且充满了细菌,每毫升至少10,000个细胞。Harwood想知道最初来自海洋的小动物是否可以通过捕食细菌在那里生存下来。

还有其他理由怀疑海洋动物可能进入默瑟湖。五千到一万年前,冰盖曾短暂地变薄,让海水侵入数百米厚的浮冰,并到达现在的默瑟湖。任何随海洋而来的动物都有可能在冰盖变厚、像海底盖子一样再次静止时被困在水袋里。

潮起潮落

科学家们知道,在南极洲的其他地方发生了类似的事情,尽管没这么明显。大陆的逐渐隆起把浅海海湾变成了孤立的湖泊。。小型海洋桡足类甲壳类动物似乎在其中一些湖泊中存活了数千年,可能长时间被困在几米深的永久冰层下。

那些被冰覆盖的湖泊仍然接收着微弱的阳光——给甲壳类动物藻类提供食物。但是像Mercer这样的冰下湖,环境更加恶劣。没有阳光能穿透它们的冰帽,所以细菌通过啃食数百万年前的浮游生物和硅藻中的矿物质和有机物来生存,那时湖床是开阔海洋的一部分。大多数生物学家不相信这些湖中的细菌能够快速生长,无法为最小的水生动物提供食物。

博泽曼蒙大拿州立大学的湖泊生态学家约翰·普里斯库(John Priscu)和SALSA项目负责人在1月3日,也就是动物尸体被发现几天后,《自然》杂志通过卫星电话与他进行交谈时,他很谨慎但又恩兴奋。他担心他的团队在湖中发现的那些东西可能只是被脏设备带来的污染。 他说,“我对发表声明非常谨慎。” 同时他也承认,如果在默瑟湖发现活着的动物,“那将是一个令人惊叹的时刻”。

为了排除污染,他的团队重新清理了装备并找回了更多泥浆。 Harwood用显微镜观察新的泥浆时,继续发现了甲壳类动物的壳和生物,它们模糊地看起来像蠕虫。但他和SALSA营地的其他任何人都不是专门研究动物的。所以,更可靠的解释必须等到其他科学家看到样本。

过去的明信片

这发生在1月8日的麦克默多站,这是一个NSF基地,位于南极海岸的默瑟湖西北900公里处。当一位名叫Byron Adams的动物生态学家将他的显微镜对准在从默瑟湖取回的泥浆上时,很快发现了一些熟悉的生物。人们开始对它们的重要性有了新的认识。

Adams是犹他州普罗沃的杨百翰大学的研究员,他不是SALSA团队的成员,他认为蠕虫般的物体是线状植物或真菌。他曾在南极洲的一个地区看到了那些活着和死亡的甲壳类动物和缓和动物,这些地区被称为没有冰川的干谷。他还在横贯南极大陆内陆的南极山脉中看到了这些生物。

Adams几乎可以肯定,当科学家将它们从湖中捞出时,这些生物已经死了数千年。他相信它们曾经生活在横贯南极大陆的南极山脉中,在它们死后的某个时候,在数千年到数万年之间,被运送到默瑟湖。与湖中发现的其他古老生物相比,这些尸体很年轻,例如硅藻,据认为它们生活在数百万年前。

“默瑟湖发现的东西令人惊叹的一点是,它并非超级,超级古老。” 他说, “它们没死那么久。”而这些保存完好的尸体提供了一个有趣的机会。通过确定这些生物多久以前生活,以及它们需要什么样的环境,生物学家可以了解南极洲过去的连续暖期和冷期。

重建大陆历史的工作往往属于地球科学家,但在这种情况下并非如此。 “当生物学开始对这个问题进行权衡时,我认为这真的很酷。” Adams说,“这是生物学告诉我们的故事 - 你为什么不回过头来重新思考你的模型。”

SALSA科学家于1月5日在默瑟湖完成了他们的工作并封锁了钻孔。当他们带着样品回家时,该项目正在进入一个更慢、更有条理的阶段。在接下来的几个月里,该小组将尝试使用放射性碳测年法来确定动物尸体的年龄;这将揭示它们是否年龄大于4万年。

科学家们还将尝试对尸体、泥浆和湖水中的DNA进行测序,以期发现甲壳类动物是属于海洋还是淡水物种。对尸体中的碳进行化学分析,还可以确认这些动物是否生活在阳光照射充足的生态系统中,靠光合藻类为生,或者是否有些可能在黑暗的冰下环境中存活一段时间。

例如,Adams并没有完全放弃一些动物曾经生活在冰下的可能性,甚至现在仍然生活在冰层下的可能性。 当他透过默瑟湖的泥浆看时,他“希望看到一些活着的东西,这就是我想要看到的东西”。但样本很小,只有一茶匙那么多。如果Adams能够对更多这种泥浆进行研究,他说,“你仍然有可能找到活着的东西”。

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