哪些微生物在我们下面的黑暗中茁壮成长——在金矿、在含水层、在海底的深钻孔中——它们与包裹在地球表面、陆地和海洋上的微生物群相比如何？
在伍兹霍尔海洋生物实验室（MBL）进行的首次全球研究揭示了一些地下环境（海底以下491米和地下4375米）中惊人的高微生物多样性。
这一发现为生物勘探新化合物和药物、了解细胞如何适应极低能量环境以及照亮寻找外星生命指明了巨大的、尚未开发的地下多样性储层。这项研究由MBL副科学家埃米尔·鲁夫领导，发表在《科学进展》杂志上。
鲁夫说：“人们通常认为，地球表面以下的深度越深，可用的能量就越少，存活的细胞数量也就越少。”“然而，存在的能量越多，就能产生和维持越多的多样性——就像热带森林或珊瑚礁一样，那里有很多阳光和温暖。
“但我们表明，在一些地下环境中，多样性很容易与地表的多样性相媲美，如果不是超过的话。对于海洋环境和古生菌领域的微生物来说尤其如此，”他说。
这项全面的研究花了8年时间才完成，也是第一个在微生物多样性和群落组成方面比较海洋和陆地领域的研究之一。
“看看植物和动物——很少有植物和动物能同时适应海洋和陆地。一个例外是鲑鱼，”拉夫说。“一个有趣的问题是，这是否也适用于微生物？”
是的，他们发现了。海洋和陆地微生物群落的组成差异很大，但其多样性水平相似。
“所以，这似乎是一个普遍的生态原则，”Ruff说。“海洋和陆地领域的生命形式之间存在非常明显的差异，不仅在地表，而且在地下。陆地和海洋的选择压力非常不同，它们会选择在这两个领域都难以生存的不同生物。”
Ruff说：“20世纪90年代中期，科学家们第一次广泛地意识到，在我们脚下有数公里深的岩石和海底下，有一个巨大的微生物库。”科学家们现在估计，地球上50%到80%的微生物细胞生活在地下，那里的能量可用性可能比阳光照射的地表少几个数量级。
通过这项研究，“我们现在也可以认识到，地球上可能有一半的微生物多样性在地下，”鲁夫说。“令人着迷的是，在这些低能量的环境中，生命似乎放慢了速度，有时达到了绝对的最低限度。据估计，一些地下细胞平均每1000年分裂一次。所以，这些微生物有完全不同的生命时间尺度，我们可以从它们身上学到一些关于衰老的东西，”他说。
Ruff说，为了在地下生存，“进化适应绝对最小化你的能量和能量需求，优化你新陈代谢的每一个部分，以尽可能地提高能量效率，这是有意义的。”“我们也可以从中学到：如何在几乎一无所有的情况下保持极高的效率。”
Ruff说，如果火星或其他行星在历史上的某个时刻有液态水——有证据表明火星确实有——那么其地表以下3公里处的岩石生态系统看起来将与地球上的非常相似。“能量会非常低；生物的繁殖周期将会很长。了解地球上的深层生命可能是发现火星上是否存在生命以及是否存在生命的一个模型。”
对地球表面和地下不同区域微生物生命的研究并不新鲜，也不是特别稀缺。但是，Ruff说，由于不同小组使用的研究方法不一致，这些研究的数据即使不是不可能合成，也是很困难的。
相比之下，目前的研究始于2016年，当时还是博士后研究员的Ruff参加了一次深层生命普查会议，这是一项评估地下微生物生命的开创性工作，由MBL杰出高级科学家米切尔·索金（Mitchell Sogin）共同领导。在人口普查中，世界各地的研究小组将地下样本送到MBL，在那里，科学家们使用完全相同的程序对样本的微生物DNA进行测序和分析（MBL科学家thary Morrison领导了这部分工作）。这首次提供了一个一致的数据集，可以对来自50个海洋和陆地生态系统的1000多个样本进行比较。Ruff对进行这种大规模比较的想法很感兴趣。
Ruff说：“这是第一次，我们可以直接比较来自五大湖表面沉积物和海底两公里以下沉积物的微生物群。”“这就是这篇合成论文的美妙之处。”
