岩石竟然在生长？日夜成长的南非“活岩石”

自然中的岩石，存在逐渐生长的生命。
（图片来源：ArtificialHorizons/stock.adobe.com）

在南非东南部的海岸线上，一种不起眼的生命形式正逐渐改变人们对海岸碳循环运作方式的理解。这些被称为“微生物岩”的结构，有时也被形妊酞“活岩石”，它们由微小的生物群落所构成，能在自然环境中不断沉积矿物，逐渐形成岩层。最新研究显示，这些古老的生命系统不仅仍在活跃，而且能以惊人的效率吸收二氧化碳，并将其转化为坚硬的岩石。

据《印度国防评论》报道，这项研究由美国比格罗海洋科学实验室与南非罗德斯大学的研究团队主导，成果发表于《自然通讯》。研究人员指出，南非沿岸的微生物岩系统在极端多变的环境中能够维持高度活跃的生长与矿化作用，并且展现出超出过去认知的碳储存能力。

长久以来，在许多研究中，微生物岩常被视为远古地质时期的遗留物，认为它们在现代海岸环境中的作用有限。然而，南非东南海岸多处地点的调查显示，这些分布于潮间带与沙丘淡水渗流区的微生物依旧十分活跃，持续形成新的矿物结构。与森林或沼泽透过有机物储存碳不同，微生物岩采取另一种方式，它们将碳固定为矿物，最终沉淀成碳酸钙岩层。研究显示，每平方米的微生物岩每年能吸收约9至16公斤二氧化碳。若以面积换算，一块网球场大小的微生物岩系统，每年吸收的二氧化碳量，相当于约三英亩森林的吸收量。

更令研究人员意外的是，这种碳吸收并非只在白天发生。传统观点认为，微生物主要透过光合作用固定碳，因此活动多与日照有关。在研究团队多次测量中发现，夜间的碳吸收量与白天相近，甚至在某些情况下更高。在南非圣方济各角的一处研究点（OV745），白天测得的平均碳吸收量约为每平方米4.75公克，夜间最高可达每平方米6.70公克。透过稳定同位素与基因序列分析，研究人员确认这些微生物除了利用光合作用之外，还能透过不依赖阳光的代谢途径固定碳，比如类似深海热液喷口生态系中常见的化能自养过程。

在这些微生物垫中，占优势的微生物利用各种酵素与生化途径，直接处理水中溶解的无机碳，将其逐步转化为固体矿物。这些矿物沉积最终形成碳酸钙，其中以方解石为主。X射线绕射分析证实，方解石是这些微生物岩中最稳定的矿物形式之一，也使碳能够长时间保存于岩层之中。

研究团队在雷西夫角与舍恩马克斯科普等地点测量到，这些微生物岩每年可向上生长约13至23毫米。在稳定的碳来源下，它们会不断沉积新的岩层，逐步形成厚实的结构。圣方济各角的研究区，科学家估算每平方米每年可沉积相当于20.3至36.2公斤方解石的矿物量，这些矿物中的碳，来自于微生物捕获的二氧化碳。基因分析显示，微生物垫中富含多种与矿化作用相关的生化机制，能协助调节周围环境的酸碱度，进而促进碳酸钙沉淀。这些复杂的生物化学过程，使微生物群落能稳定地将水中的碳转变为固体矿物。

另一个引人注意的现象是这些微生物岩生长的环境极为严苛，研究着重的区域多位于沙丘淡水渗出并流入潮间带的地方，这些区域有时被海水覆盖，有时完全干涸，在重新吸水之前可能长时间处于干燥状态。研究第一作者瑞秋·西普勒指出，这些生态系统生活在极端且变化剧烈的环境中。有时一天之内可能从干燥状态转为重新被水滋养，但微生物群落仍能迅速恢复活动并继续生长。

研究人员在不同采样点发现，虽然各地的营养成分、酸碱度与水流速度有所不同，微生物群落的功能与多样性却十分相似。科学家共检测到44个细菌门，其中蓝藻在多数样本中占据主导地位。即使在养分浓度差异显著的情况下，微生物岩的生长速度仍然相近。这项结果显示，这些生物结构的运作关键可能更多取决于微生物本身的功能能力，而非环境条件的一致性。

研究团队表示，他们观察到的并不是缓慢沉寂的古老地质遗迹，而是一个在严苛环境中依然活跃，持续建造岩层的微生物群落。在南非海岸的潮间带，这些肉眼难以察觉的微生物群落正日夜运作，将水中的碳转化为坚硬的岩石。它们既是古老生命形式的延续，也是海岸生态中持续运作的一种自然奇观。

相关研究发表于期刊《自然通讯》。