地球上最热最酸的地方:中午气温能飙到55摄氏度

2017年3月,卡瓦拉奇的实验室和他们的同事发现达纳基尔凹地中存在生命,他们设法分离和提取细菌的DNA。他们发现,这种细菌属于“多嗜极生物”,这意味着它们同时适应了极端的酸性、高温和高盐度环境。

这是达纳基尔凹地酸性池中首次被确认的微生物生命。

出品|网易科学人栏目组

译者|小小

位于东非国家埃塞俄比亚北部的达纳基尔凹地(Danakil Depression)有活火山、喷涌硫磺的瀑布、凝固的黑色岩浆流以及五彩缤纷的含盐盆地。这里据说是世界上最热的地方之一,为此又被称为“地狱之门”。

然而即使条件如此恶劣,科学家们最近首次在沸腾的热泉中发现了生命迹象。

在由黄色和绿色发光池塘主导的超现实景观中,沸腾的热水就像大锅被烧开那样,有毒的氯气和硫磺气体充斥在空气中。埃塞俄比亚北部的达纳基尔凹地又被称为“地狱之门”,这里是地球上最炙热、最像外星球的地方之一。

然而,最近对该地区进行探险的团队发现,这里依然充满了生机。

图2:达纳基尔凹地是世界上最偏远的地方

图2:达纳基尔凹地是世界上最偏远的地方

达纳基尔凹地位于“非洲之角(Horn of Africa)”的中部,这里是世界上最偏远、最荒凉和被研究最少的地方。它位于埃塞俄比亚西北部火山地区,靠近厄立特里亚边境,海拔在海平面100米之下,被当地人称为“Afar(意即远方)”。

达纳基尔凹地属于东非大裂谷系统的一部分,地球内部力量正撕裂这里的三个大陆板块,并重新创造新的陆地。

这处暴力景观可以说是地球上最热的地方,也是最干燥的地方之一。温度经常达到45摄氏度,很少下雨,但是融化的岩浆海紧挨着地壳表面。当地有两座高度活跃的火山,其中之一就是Erta Ale,它是少数有熔岩湖的活火山。

此外,该地区还散落着无数酸池和间歇泉,还有名叫Dallol的深火山口。

鲜艳的色彩是雨水和附近海水被岩浆加热而上升的结果。海水中的盐与岩浆中的火山矿物发生反应,形成耀眼的颜色。在最热和酸性最强的池塘里,硫和盐反应形成明亮的黄色烟囱。

在温度较低的冷却池中,铜盐生成明亮的绿松石。炎热干燥的气候意味着很少有植物或动物能在那里生存。Dallol本身没有人居住,但游牧民族阿法尔人在半永久性村庄Hamadela过着半定居生活。

总之,达纳基尔凹地看起来像一个外星人的星球,与地球上的其他地方截然不同。它与美国黄石公园中热液活动区有点儿相似,但温度更高,水的酸性更强。

事实上,达纳基尔凹地的水PH平均值达0.2,这在任何自然环境中几乎是闻所未闻的。相比黄石公园,我们对达纳基尔凹地的了解更少。然而,这种情况正发生改变。

自2013年以来,一个科学家团队开始研究该地区。这个团队成员来自Europlanet,这是个由开展行星研究的研究机构和公司组成的联合会。

图3:在现场的工作人员要应对55摄氏度的高温

图3:在现场的工作人员要应对55摄氏度的高温

这项工作很有挑战性。首先,达纳基尔凹地是个非常偏远的地区,很难到达。更糟糕的是,它位于埃塞俄比亚和厄立特里亚之间的边界上,那里的政治局势并不稳定。

2012年,前往该地区的欧洲游客曾遭到绑架和杀害。每次研究人员前往达纳基尔凹地时,都需要军方派人保护。

来自意大利波罗尼亚大学的芭芭拉·卡瓦拉奇(Barbara Cavalazzi)就是这个研究团队成员,自从2013年以来参与对达纳基尔凹地的探索和研究。

卡瓦拉奇说:“那里的环境非常极端。平均而言,这里的气温在午餐时间可以达到48摄氏度。有一次我们甚至测量到55摄氏度高温。”

在Dallol火山口,地热活动促使温度进一步提高,到达地表的盐水可以达到100摄氏度高温。除了难以忍受的酷热,科学家们还不得不应对有毒的硫化氢气体,更不用说氯蒸气会燃烧他们的呼吸道,导致肺部窒息。

他们必须戴防毒面具才能正常工作。

卡瓦拉奇表示:“当走在地热区时,你必须足够小心,因为盐壳是极其脆弱的,你必须保持警惕,不要踩上它。如果你掉进了100摄氏度的极热酸性水中,那会是个大问题,因为最近的医院在Mek’ele,那里距离Dallol火山口还有好几个小时车程。当我去那个地区时,我总是带着Afar向导,因为他们知道该去哪里。”

2013年的前几次探险只是专注于如何在达纳基尔凹地工作。卡瓦拉奇说:“你不能带冰箱或化学药品来存放样品,所以你需要非常努力地思考,并仔细规划自己的行动计划。”2016年春季,研究人员终于开始收集热泉和池塘的样本,并希望它们中包含着生命。

他们还测量了池塘的温度和pH值。2017年1月,研究人员回来收集更多的样本。

图4:达纳基尔凹地充满了矿物盐沉积物,它们被迫挤出地表

图4:达纳基尔凹地充满了矿物盐沉积物,它们被迫挤出地表

2017年3月,卡瓦拉奇的实验室和他们的同事发现达纳基尔凹地中存在生命,他们设法分离和提取细菌的DNA。他们发现,这种细菌属于“多嗜极生物”,这意味着它们同时适应了极端的酸性、高温和高盐度环境。

这是达纳基尔凹地酸性池中首次被确认的微生物生命。

在尚未发表的研究中,研究小组在该地区两个不同的地方(Dallol火山口内部的盐泉和池塘中)发现两种不同的细菌生命。Dallol火山口以拥有鲜艳的颜色、高酸度和沸腾的温度闻名。

在Dallol火山口外面还有个小湖泊,虽然它不像盐泉那样炙热,但也能达到50到55摄氏度高温,而且水中的成分也有所不同。虽然这里的水依然是咸的,但pH值约为2。

水中富含二氧化碳,那是由火山活动释放出来的。

卡瓦拉奇表示:“这个湖有许多不同的名称。当地人叫它Gaet’Ale或Arrath,有人称之为油湖或黄湖,还有人称它是杀手湖,因为当你在它周围四处张望时,你可以看到许多小昆虫和鸟类尸体。他们可能到了湖边,并喝了一些湖水,但真正杀死它们的是高浓度的二氧化碳。”

因为二氧化碳比正常空气更重,所以它会下沉到地面附近,所以当像鸟这样的小动物呼吸湖上方的空气时,它们就会窒息而死。对于人类来说,他们的身高往往更高,为此面临的危险也更低。

但无论任何生物,在30厘米的水中将会发现自己吸入太多二氧化碳,最终甚至导致死亡。

科学家的发现看来将创造一个新的记录。

图5:这些池塘被认为是世界上酸性最强的水池,这里已经发现生命痕迹

图5:这些池塘被认为是世界上酸性最强的水池,这里已经发现生命痕迹

研究团队已经在pH值为零的水池中发现了生命,这个池塘是地球上发现生命的酸性最强的地方。此前的记录是在西班牙的Rio Tinto河中,那里的pH值为2。

当水含有许多带正电的氢原子时,水就会呈现酸性。大多数生物不能应付极端酸性,因为带电的氢原子会干涉叫做酶的特殊蛋白质的结构,后者能调节细胞内所有重要的化学反应。

高温也会破坏酶,分解DNA和细胞膜之间的化学键。同时,高盐水平会使水冲出细胞,导致它们皱成干皮。在黄石公园和其他热液环境中发现的微生物已经进化出适应它们生存的方法,包括含有特殊的蛋白质和酶,它们在高温下依然能够保持化学稳定。

这可以通过更多化学键和氨基酸之间连接来实现,氨基酸是构成蛋白质的重要组成部分。

达纳基尔凹地热泉中的细菌可能也产生了相似的适应性。不管怎样,科学家们的发现可能有助于我们了解其他行星或卫星上的生命是如何产生的。卡瓦拉奇说:“在火星上,你会发现类似达纳基尔凹地的矿物和硫酸盐矿床。所以通过研究生命能够在哪些在极端的地球环境中生存,以及它是如何生存的,我们可以找到类似火星这样的行星上可能适合居住的地区。”

卡瓦拉奇怀疑,我们还没有彻底释放出承受极限的能力。她指出,微生物的代谢机制存在多样性与通用性,还有许多微生物拥有非凡的生理能力。很有可能,我们还没有发现地球上的极端生态系统。

标签:生命 dna

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