富含干酪根的岩石影响厌氧微生物群落的生长与组成

悄悄为隐秘生命供养的岩石

在我们脚下深处，黑暗且无氧的岩石中，无数微生物靠古老碳的残留物存活。该研究提出了一个看似简单但影响深远的问题：不同类型的富碳岩石会让地下生命繁荣、受挫还是改变其特性——这对其他星球上的生命可能意味着什么？

被锁在岩石中的古老碳

地球上大部分有机碳并不在森林或海洋，而是被封存于称为干酪根的坚硬物质中，夹杂在页岩和煤中。干酪根由被埋葬的植物、藻类及其他有机遗骸在数百万年内经受加热和压实而形成。地质学家根据其成因和转化程度将其分为四类。Ⅰ型和Ⅱ型主要见于页岩，富含长链碳，可生成石油和天然气。Ⅲ型常见于煤，结构更芳香且化学上更难以降解。Ⅳ型是最被改变和氧化的，像烧焦的炭渣，传统上被视为劣质燃料并常被忽视。然而，这一类型与陨石及行星表面发现的复杂有机物非常相似，使其成为类外碳的自然替代物。

瓶中受控的地下微世界

为观察这些岩石类型如何影响生命，研究者在玻璃瓶中构建了微型、无氧的“世界”。每个微宇宙都含有经过精心准备的微生物群落，原始样本采自泥泞的池底，并已预先适应以富含类Ⅳ型有机物的陨石物质为生。团队向每个体系添加了研磨成粉、富含四种干酪根类型之一的岩石——对照组则不加岩石——以及简单的营养培养基和乙酸，以避免单纯饥饿混淆结果。在11天内，他们通过平板计数追踪微生物增殖、测量酸碱度（pH）、分析二氧化碳与氢气等气体、测序微生物DNA以识别哪些类群占优，并用电子显微镜检查细胞与岩石表面的相互作用。

有的岩石助长、有的有害、有的只是旁观

四类岩石对生长的影响截然不同。富含Ⅰ型和Ⅱ型干酪根的岩石与仅有乙酸的对照组相比，并未显著促进或抑制微生物总数，这表明在这些条件下其固态有机碳仍难以被利用。富含Ⅲ型的煤表现更差：它实际上抑制了生长，可能因为这类干酪根含有大量酚类化合物，这些物质有毒且难以降解。相比之下，富含Ⅳ型的炭屑显著促进了微生物生长，尽管其通常被视为对油气无用。这表明对微生物而言，“烧焦”的高度加工有机物可能是伙伴而非死胡同，或许因为它含有更多可被利用的芳香化合物和微观表面结构，微生物可以利用这些资源。

每种岩石改变微生物阵容

即便总体生长变化不大，胜出者的身份也发生了改变。DNA测序显示，富含Ⅱ型的岩石强烈偏好一类名为伯克霍尔德里科氏（Burkholderiaceae）的细菌，以及一些芽孢杆菌科（Paenibacillaceae），这些群落产生了更多以CO₂形式出现的溶解无机碳。这表明存在活跃的代谢——可能是对乙酸、岩石来源有机物或两者的代谢。富含Ⅳ型的岩石则将群落转向如Cellulomonadaceae和Pleomorphomonadaceae等科，这些生物能分解多种复杂分子。这些变化表明，每种岩石充当一种化学过滤器，偏好携带恰当酶系的微生物，而岩石本身通过提供新的、难以获得的食物来源来拓宽群落多样性。电子显微镜图像还显示在Ⅲ型煤上有细胞聚集，嵌入在可能代表对敌对表面的应激反应的网状物和涂层中。

从地球深部生物圈到遥远世界

通过在温度、pH和其他条件保持不变的情况下仅更换岩石类型，研究表明富含干酪根的岩石的化学性质和结构可以抑制、保持不变或促进微生物生长，同时重塑哪些微生物成为优势。这意味着曾被认为主要惰性的广阔富碳岩层，实际上可能在地球深部地下生命的规则制定中发挥作用。关键的是，类Ⅳ材料的促生能力——与陨石和火星上不可溶有机物极为相似——表明封存在类外岩石中的可比碳，在存在液态水的情况下，可能悄然支持生命。理解微生物如何利用这些顽固的碳库，不仅重塑了我们对地球隐秘生物圈的认识，也为在其他行星岩石内部寻找生命提供了更清晰的方向。

引用: Waajen, A.C., de Wit, W., Sánchez-Román, M. et al. Kerogen-rich rocks influence growth and composition of an anaerobic microbial community. Sci Rep 16, 12596 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42062-5

关键词: 深部地下生命, 干酪根, 微生物群落, 碳循环, 天体生物学