地下的微生物世界

 
2018/03/05 王道還 | 生物人類學者(已退休)     254
 

地球生命圈深入地表下幾公里,其中有大量微生物生存,以生物質量而言,估計接近全球的1∕5,想來牠們在地球的能量循環中必然扮演了重要角色。可是科學家對地下生命圈的理解非常有限,而且集中在原核生物,忽略了真核生物,例如真菌。目前只有幾個團隊描述過在海底深層發現的真菌,陸地深層的觀察並不多;學者推測地下深處的真菌可能實行無氧呼吸,因為花崗岩含水層是無氧環境。

 

而關於實行無氧呼吸的真菌,科學家研究得最透澈的是寄生在牛、羊瘤胃中的那一些。由於無氧呼吸的副產品是氫,因此瘤胃中也有專門利用那些氫的古細菌,與真菌形成互利共生的關係。至於地下岩層中的真菌,科學家只能根據物理條件推測牠們實行無氧呼吸,還不清楚牠們的生態環境。

 

最近一個瑞典團隊觀察一批深處地下740米的岩石標本,發現了重要線索。那些標本來自為了興建核廢料地下儲存設施而鑽取的岩核。研究人員在一個石英脈裂縫中發現了部分石化的真菌菌絲體。裂縫裡到處都有先後形成的黃鐵礦,內部表面上還有後來礦化的沸石、方解石,以及黏土礦物。菌絲體處於石化過程中,不同菌絲的石化程度不一。此外還有幾微米厚的生物膜,也處於不完全的石化過程中。在菌絲體與生物膜內,仍然能偵測到有機分子。

 

研究人員由裂縫中的礦物組成,推測那裡是缺氧環境;還找到證據,顯示黃鐵礦可能是一種厭氧菌—硫酸鹽還原菌(SRB)—的產物。由於真菌是異營生物,因此可能是那些SRB吸引了真菌,結果組成複雜的生物群落。而實行無氧呼吸的真菌能提供氫,供SRB利用。這兩種生物的互利共生促成了龐大的地下SRB群落。過去的研究沒有考慮到真菌,因此對於氫的來源不免難以交代。

 

此外,研究人員發現,與菌絲體接觸的沸石、方解石都有明顯的腐蝕遺跡,散布於礦物表面的菌絲都留下了溝痕,表示真菌對結晶礦物有腐蝕作用。而與厭氧真菌共生的SRB更是著名的金屬腐蝕客。因此,規劃核子廢料儲存設施必須把這些生物威脅納入考慮。

 

參考資料

  1. Burke, K. L. (2018) Fungi in Earth's deep crust. American Scientist, Jan/Feb 2018: 14.