在地球大气被氧气充满之前，在光合生物学会利用阳光之前，地球上曾存在一个神秘的生物圈。这些原始生命究竟依靠什么能量生存，一直是科学界悬而未决的问题。如今，来自红海深处黑暗、高盐的“卤水池”的新证据，正在为这一谜题提供关键线索。
由Morgan I. Chakraborty领衔的研究团队发现，在这些无氧环境中繁盛的微生物，会留下独特的化学印记。即便卤水池消失，这些印记仍可能被识别出来。相关成果发表于《AGU Advances》。
活跃卤水池：深达1770米的极端生命绿洲
研究团队在红海海底约1770米深处发现了一个活跃的卤水池。这里细菌和古菌大量存在，彻底改变了科学界对卤水池的认知。过去，人们认为高盐、无氧的卤水池是生命禁区；现在已知，这里栖息着大量适应极端条件的“嗜极生物”。
在微生物席下方，研究人员发现了富含锰、铁、钼和铜的沉积物。这些金属从何而来？与微生物活动有何关系？为回答这些问题，团队系统分析了活跃卤水池以及三个卤水池外海底对照位点的沉积物和有机质。
结果令人震惊：微生物席下方某些区域的金属浓度，超过对照位点的100倍以上。这种极端富集现象暗示，微生物与金属沉积之间可能存在直接的生物学联系。
宏基因组与宏转录组揭示锰氧化微生物的关键角色
为了解与这种化学环境相关的微生物群落，研究人员采用了宏基因组学和宏转录组学。宏基因组学通过分析环境中的全部遗传物质，揭示群落中有哪些微生物；宏转录组学则通过分析RNA，判断哪些基因正在被表达，从而了解微生物正在“做什么”。
遗传分析在活跃卤水池中鉴定出了Nitrospira等锰氧化微生物。氧化意味着失去电子，微生物可以通过某些氧化金属的反应获取能量。这些微生物的存在，为沉积物中发现的氧化铁和氧化锰化合物提供了可能的生物学解释。
综合微生物学和化学证据，研究团队提出：将二价锰Mn(II)转化为锰氧化物，可能在大氧化事件之前为生命提供了能量来源。大氧化事件发生在大约24亿至22亿年前，当时大气中的氧气浓度显著上升。
“灭绝”卤水池：化学信号可长期保存的证据
那么，这类化学痕迹能否在卤水池消失后依然保存？研究团队从一个疑似“灭绝”的卤水池中找到了答案。这个卤水池位于海底约1400米深处，矿物环围绕着一个充满死亡海洋生物的洼地，表明这里曾经存在卤水。
其沉积物显示出与活跃卤水池相似的富集模式，包括氧化锰和富含钼的有机质。在两个不同环境中都发现这些特征，意味着研究人员可以借此解读古老岩石中的类似沉积物——即便原始微生物群落早已不复存在。
作者指出，这些发现支持了一个重要假说：早期海洋中的金属富集，可能在没有产氧光合作用或光自养作用的情况下发生。光自养作用是指利用光能制造有机物。换言之，最早期的海洋生命可能并不依赖阳光，而是通过氧化锰和铁获取化学能量来维持自身。
当然，作者也强调，仍需更多研究来验证这一假说。但锰和铁氧化所提供的化学能，仍然是早期海洋生命可能赖以生存的重要能量来源之一。
DOI: 10.1029/2026AV002570