在DNA中保留一种奇妙的感觉
不久前，哈佛医学院乔治·丘奇遗传学实验室的“艺术家兼科学家”乔·戴维斯在法国布列塔尼。该地区以出产盐花(随着海水蒸发而形成的盐花)的千年盐鸟而闻名。戴维斯在那里用显微镜对这些色彩鲜艳的池塘进行采样，并在浅水中发现了丰富的各种嗜盐生物，这些生物可以在盐碱地条件下生长并耐受。“我想知道这些生物会发生什么，”他说。“盐在蒸发，水也没了。这些有机体不会就这样消失。他们在哪里？“。
回到美国，戴维斯采购了一系列手工盐，并对它们进行了消毒。这位干瘦的69岁老人，有着甘道夫式的举止和自己动手的精神，想要永远保存信息。1986年，他第一个证明信息可以储存在基因中。数字信息的1和0被映射到DNA的四种核酸的序列上，合成并插入到细胞中。科学家检索DNA，对其进行排序，并用适当的索引读取其编码指令。戴维斯正在将维基百科前50,000个页面编码成一个苹果基因，创建一棵永恒的知识树。他与波多黎各阿雷西博射电望远镜的科学家们合作，将地球上最丰富的蛋白质的基因序列传送到附近的恒星，这种蛋白质对光合作用至关重要。
戴维斯了解到，这些微生物被埋藏在盐晶体中-并且可以培养。对他来说，其中一种盐来自巴基斯坦喜马拉雅山脉附近，对他来说似乎很奇怪。喜马拉雅山的盐，或者这种矿物被称为盐岩，如果出处真实的话，是古老的。根据地质、古生物学和地球化学证据，这些盐自最初沉积以来就没有重新溶解和重新结晶。这意味着喜马拉雅盐层中的原始微生物来自二叠纪到寒武纪。“这让我大吃一惊，”戴维斯说。“等一下，这些不可能是25亿年前的。”
戴维斯从德国和奥地利的矿山收集了数亿年前的二叠纪盐，以及纽约最深的盐矿的盐，目的是知道他是否可以从中培养微生物。在这次法国之行中，他可能重新发现了越来越多的科学文献几十年来一直在暗示的事情：也许有可能让数百万年前的微生物复活。这些微生物一直在干燥的状态下生存，尚未死亡，但已将新陈代谢降至最低，只执行所谓的基本功能。
这意味着，在某种意义上，这些微生物选择了退出自然选择。在深度休眠状态下存活数百万年的微生物颠覆了进化。它们不会形成需要生长和分裂的优势性状。取而代之的是，它们成了“种子库”的等价物。这些古老的微生物埋藏在盐晶中，存在于海洋底部的缺氧、硫化氢丰富的环境中。在盐田涉水时，戴维斯意识到他已经找到了弹性很强的生物载体，可以在很长一段时间内存储遗传信息。
在2月份发布在bialRxiv上的2020年的一篇论文中，戴维斯和他的同事们提出，通过修补DNA碱基对创建的数字信息档案可以插入体内的嗜盐微生物中，并在结晶矿物盐中完好无损地保存“无限期”。1 2019年9月，戴维斯在俄罗斯的一个艺术双年展上展示了一种转基因盐生杆菌(Halobacterium Salinarum)--一种特别耐寒的微生物，比大肠杆菌更耐寒。主题是“永生”。(“关于永生的讨论是谈论文化记忆的原因，也是谈论如何在曲折的生活线索上保持人类身份完整的原因，”该节目表示。)。当戴维斯将古代盐中的HSAL与生长在盐田中的当代样品进行比较时，它们即使不是难以区分，也是相似的。
HSAL用来保护自己免受辐射的机制与耐辐射球菌相似，耐辐射球菌是一种以抗辐射著称的细菌。Hsal的每个细胞携带25个染色体拷贝，这些染色体在高辐射剂量后碎裂并重新组装。HSAL细胞的存活剂量已经被证明是杀死大多数大肠杆菌细胞的剂量的18倍，戴维斯也研究了其数字信息承载能力。戴维斯在双年展上领导了一个为期三天的研讨会，让参与者有机会使用来自Tyretskoe沉积物和携带信息的嗜盐生物的盐，创建“来自人类的最稳定和最持久的信息档案”。
大约在戴维斯在俄罗斯的时候，苏塞克斯大学的微生物学家特伦斯·麦克根尼和他的学生们下到了另一个深盐矿，布尔比矿，这是英国最深的矿
已知HSAL存在于流体包裹体中，即盐晶体内的液袋中。这些高盐环境，即盐析出的卤水口袋，是导致晶体浑浊的原因。HSAL的酶机制适应了这种盐碱环境，所以导致HSAL细胞爆裂的是一种意想不到的拮抗剂：淡水。正如一篇科学新闻报道所说，这是他们的“氪星”。2细胞需要维持渗透平衡。有海水、咸水和淡水的范围，而不是全有或全无。但淡水处于这一范围的致命一端。“你有巨大的渗透性休克，”麦克根尼说。“…。然后砰的一声，细胞爆裂了。“。
上周，微生物学家在Twitter上为我们住宅、办公室和学校中的数百万微生物找到了一个朗朗上口的名字。我们体内的微生物-我们的微生物群-已经发挥了多年的作用。但是关于微生物的报道要少得多。多读。
1928年，加州大学伯克利分校(University of California，Berkeley)一位名叫查斯·利普曼(Chas Lipman)的科学家提出，他在前寒武纪岩石中发现了活的微生物。3利普曼的调查转向来自威尔士和宾夕法尼亚州的无烟煤，他在160至170摄氏度的温度下，用超氧水在“热炉”中消毒了两天多。利普曼后来声称：“在煤中发现的微生物实际上是幸存者，在煤形成时就被囚禁在煤中，这些物质最初可能含有非常丰富的微生物，因为它在性质上类似泥炭。”
在煤中发现微生物就是在今天被称为深部生物圈的地方找到可生存的生命。伦敦玛丽女王大学的地球生物学家詹姆斯·布拉德利(James Bradley)说：“深层生物圈的定义并不通用，但我们倾向于指地球表面下的栖息地。”布拉德利认为，海洋生物圈的某些方面，即更大的深层生物圈的一部分，如海洋沉积物，类似于HSAL的盐晶体环境。这里的物种被困在能源严重有限的环境中。
他说，当我们超出动物倾向于挖洞的前10厘米时，海洋沉积物的混合和再加工很少。有一些海洋位置几百万年来没有发生过重大的扰动。
考虑到它们的极端能量限制，这些栖息地很难在实验室里模拟。布拉德利研究的栖息地中有南太平洋环流。JOIDES RESOLUTION号上的船员从环流中钻出一个很长的垂直核心，戴着面罩以保护自己免受核心排放的硫化氢气体的伤害。这样的岩芯可能有数百米长，被分段占用。
布拉德利说：“从分析这个核心中包含的东西，从它的顶部到底部，你将从一个现代环境一直走到一个古老的环境。”从南太平洋环流来看，这些核心可以追溯到9500万年前。4硫化氢是新陈代谢的副产品。他说，这一测量结果是“一个很好的迹象，表明我们有活的和呼吸的有机体在这个栖息地生存”。在2018年的一篇关于深层生物圈的论文中，布拉德利指出，“微生物的适合性可能不是由它的生长决定的，而是由它仅仅维持生存的能力决定的。”
他特别感兴趣的是了解这类生物体的能量极限是什么。“这是一条很难划出的界线，”他说，“因为这些有机体正在处理的能量几乎为零。”从生物体处于生长模式到维持模式，再到布拉德利所说的“更深层次的休眠状态”，这是一种能量上的转变。他说，“它已经降低了基本的维护能源需求，甚至比以前更低，因为它没有增长。”
人类通常依靠100瓦的功率运行，而来自地下深处的生物体理论上可能以大约10瓦的功率运行，功率是-21瓦的次方。“那就是一千亿多亿，我不确定有多少十亿…”他说，这比人类赖以运行的能量要低几倍。不过，-21是一个理论上的极限，布拉德利估计，生物体将在更高的功率门槛下生存。
布拉德利指出了超现实的一面。实验者努力种植和培养这些古老的有机体。据他所知，他们复苏所需的时间长达1000天。对于没有复苏的生物体来说，可能缺少的变量不是营养，而是超慢生物体生长的时间。他说：“我们可能在实验室测试条件的时间尺度太小了。”
虽然这些僵尸状微生物中的大多数可能不能存活，但即使有少数能够跨越地质年代存活下来，它也会对太阳系和其他地方的生命产生深远的影响。咸的环境被认为是非常丰富的。新的观测表明，火星南极附近存在咸水湖。6至少自20世纪80年代初以来，在火星陨石中就发现了哈利特。木星的卫星木卫二和土星的卫星土卫二是其他预期盐碱地的主要候选者。小行星带中的矮行星谷神星是一个活跃的海洋世界。来自土卫二的7个羽状物可能会提供总任务时间仅为13年半的样本。
戴维斯觉得把HSAL作为盐晶体放在架子上很方便，他曾以俄罗斯民间传说中一位邪恶的巫师的名字将他的HSAL艺术展命名为“不死之人”。据推测，科斯奇把他邪恶的灵魂藏在针尖上，藏在鸭子里的鸡蛋里，鸭子被追赶时会飞走。然后，这个东西被埋在一个小岛上的箱子里，这个箱子会随着潮汐的交替出现和消失。
戴维斯和他的团队依靠一种称为载体编码的技术，激发了一些物体的灵感，将它们插入到HSAL DNA中。他们还储存了一个3-D折纸双螺旋和一个4-D超立方体，称为。数字信息带着一种奇妙的感觉，诗意地召唤出一个关于不朽的古老神话。在预印本中，引用了亚里士多德的“诗学”中的一句话：“你必须先向自己展示自己，然后才能向任何人展示自己。”
戴维斯说：“我原以为我的同事会审查我所有的诗意评论，但他们很喜欢。”他若有所思地认为，如果HSAL能够跨越地质时代存活下来，那么它就可以被利用来进行星际信息传递。“生物载体将是永久性的--数亿份拷贝，为数亿接收者服务。”
1.Davis，J.等人。盐生盐杆菌体内多维信息保存。BioRxiv(2020)。检索自DOI：10.1101/2020/02/14/949925。
2.Nadis、S.Hardy微生物的DNA可能是时代的时间胶囊。Science Science encemag.org/news(2020)。
4.Morono，Y.有氧微生物生命在1.015亿年前的含氧海洋沉积物中持续存在。自然通讯11,3626(2020)。
5.布拉德利，J.A.，修正，J.P.和Amp；LaRowe，D.E.“最少的生存：海洋沉积物中的微生物休眠和通过深层时间的维持”。地球生物学17，43-59(2019年)。
6.O‘Callaghan，J.火星上的水：三个埋藏湖泊的发现引起了科学家的兴趣。“自然新闻”(2020)。
