地球微生物在模拟土卫二海洋的实验中生长

一种地球微生物在实验室配制的混合物中生长了起来。这种混合物旨在重现土星冰质卫星土卫二海洋的化学条件。此前，该生物在碱性同样很强的实验室培养基中未能生长。9月25日发表于《科学进展》的这一对比结果表明，这组化学成分可以在此前被认为对该生物过于极端的条件下，支持一种已知的代谢方式。

土卫二冰壳下方有一片与岩石核心接触的咸水海洋。水与岩石的反应可能释放氢气，为产生甲烷的微生物提供潜在能源。卡西尼号在这颗卫星喷出的物质中发现了盐类、有机化合物和热液活动迹象，研究人员因此能够据此在实验室重建海洋可能的化学环境。

这项实验由慕尼黑大学研究人员开展，作者包括瓦妮莎·赫尔姆布雷希特。他们将水、盐、碳酸盐和岩石粉末混合，重现碱性条件以及水与岩石之间产生氢气的反应。研究人员加入了Methanothermococcus okinawensis，这是一种没有细胞核的古菌，最初从日本与台湾之间的冲绳海槽热液喷口附近分离得到。它的代谢利用氢气和二氧化碳，产生甲烷，并从这一过程中获得能量，不依赖光照。

可利用的二氧化碳很少，是一道障碍，因为该生物既需要这种化合物参与能量代谢，也需要其中的碳来构成细胞物质。根据柏林自由大学公布的实验说明，在pH较高、溶解二氧化碳稀缺的实验室培养基中，该生物未能生长。相比之下，在模拟土卫二的混合物中，它在pH高达11的强碱性条件下仍能生长，并利用水与岩石反应提供的氢气产生甲烷。生长发生在持续数天的实验期间；结果不只是细胞仍然存活。

基因表达分析显示，细胞对溶解二氧化碳的稀缺作出了响应。尽管混合物中的溶解无机碳浓度很高，能以二氧化碳形式被利用的部分却很少。正在生长的细胞提高了一条固碳途径的表达：这是一系列将该化合物中的碳纳入有机物的反应。这种响应使细胞即使在二氧化碳浓度极低时也能加以利用。因此，研究将观察到的生长与对二氧化碳的高效利用，以及矿物和水之间反应提供的能量联系起来。实验所证明的范围限于重现的条件和持续数天的测试；研究没有检验该生物能否在地质时间尺度上维持生长或代谢。