在DNA中保留一种奇妙的感觉

N很久以前，哈佛医学院乔治·丘奇的遗传学实验室的“艺术家-科学家”乔·戴维斯在法国布列塔尼。这个地区以具有上千年历史的盐田而闻名弗勒de选取，或盐之花——海水蒸发时形成的盐。戴维斯在那里用显微镜对这些色彩鲜艳的池塘进行了取样，发现浅水中有丰富多样的嗜盐生物，这些生物可以在盐环境中生长并耐受盐的条件。“我想知道这些生物发生了什么，”他说。“盐在蒸发，水也没了。这些生物不会就这么消失。他们在哪儿?”

回到美国，戴维斯购买了一系列手工盐并对其进行消毒。这位69岁的干瘪老人，有着甘道夫式的风度和“自己动手”的风气，希望永远保存信息。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的四个核酸序列上，合成并插入细胞。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50000页编码为苹果基因，创造一棵永恒的知识之树。他与波多黎各阿雷西博射电望远镜的科学家一起工作传送基因序列是地球上最丰富的蛋白质，对光合作用和附近的恒星至关重要。

戴维斯了解到微生物被埋在盐晶体中，并且可以被培养。他觉得奇怪的是，其中一种盐来自巴基斯坦的喜马拉雅山脉附近。喜玛拉雅的盐，或称为岩盐，如果来源确实是古老的。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没有再溶解和再结晶。这意味着，喜马拉雅盐中原始的微生物来自二叠纪到寒武纪。“这让我大吃一惊，”戴维斯说。“等等，这些不可能是2.5亿年前的。”

戴维斯从德国和奥地利的盐矿中收集了数亿年前的二叠纪盐，还从纽约最深的盐矿中收集了盐，目的是想知道他是否可以从这些盐中培养微生物。在这次法国之旅中，他可能重新发现了几十年来越来越多的科学文献一直在暗示的东西:有可能让数百万年的微生物复活。这些微生物一直在一种干燥的状态下生存，虽然还没有死亡，但已将新陈代谢降低到最低限度，只执行所谓的基本功能。

这意味着，在某种意义上，这些微生物选择了自然选择。在深度休眠中存活了数百万年的微生物颠覆了进化。它们没有发展出有利的性状，而这需要生长和分化。相反，它们就相当于“种子银行”。这些古老的微生物存在于盐晶体和海洋底部缺氧、富含硫化氢的环境中。在盐湖中涉水时，戴维斯意识到他发现了具有弹性的生物载体，可以在很长一段时间内存储遗传信息。

通过分析这个核心，你将从现代环境一路走到古代环境。

在2020年发表的一篇论文中bioRxiv2月，戴维斯和他的同事提出，通过修补DNA碱基对而创建的数字信息档案可以插入到亲盐生物中在活的有机体内并在结晶矿物盐中保存了“无限期的时间”。¹2019年9月，戴维斯展示了一种转基因植物Halobacterium salinarum一种特别耐寒的微生物，比大肠杆菌——一个艺术biennal在俄罗斯。节目的主题是“不朽”。（“关于不朽的讨论是谈论文化记忆的一个理由，也是谈论如何在生命的蜿蜒线上保持人类身份完整的一个理由，”节目说。）当戴维斯进行比较时Hsal从古代的盐到现代的盐场生长的样品，即使不是难以区分，它们也是相似的。

的机制Hsal用来保护自己免受辐射的类似耐辐射球菌，一种以抗辐射而闻名的细菌。每个Hsal美国人的细胞中有25条染色体，这些染色体在高辐射剂量后会分裂并重新组合。的Hsal细胞已被证明在比杀死大多数人的剂量高18倍的剂量下存活大肠杆菌戴维斯还研究了细胞的数字信息承载能力。戴维斯在双年展上主持了一个为期三天的研讨会，让参与者有机会“使用来自Tyretskoe沉积物的盐和携带信息的嗜盐菌，创造最稳定、最长寿的人类信息档案”。

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·麦根尼提和他的学生去了另一个深盐矿，鲍比矿，英国最深的矿。它有一个暗物质实验室就在里面。“盐会切断很多宇宙辐射，所以你的背景很低，”McGenity说。这是Hsal保护自己。“当它们被埋在岩盐里时，生存得更好。”

Hsal已知的存在于流体包裹体中，即盐晶体中的液体囊。这些高盐环境，盐结晶的盐水袋，是导致晶体浑浊的原因。的Hsal酶的机制适应了这种盐水环境，所以是什么导致Hsal细胞破裂是一种意想不到的拮抗剂:淡水。这是他们的“氪星石”科学类新闻报道是这么说的。²细胞需要维持渗透平衡。这里有海水、咸水和淡水，而不是全有或全无。但淡水在这个范围的尽头。McGenity说:“这是一种巨大的渗透性休克。“然后砰的一声，细胞就爆炸了。”

1928年，加州大学伯克利分校的科学家查斯·李普曼表示，他在寒武纪前的岩石中发现了活的微生物。^3.李普曼的研究转向了来自威尔士和宾夕法尼亚的无烟煤，他用超氧酚在“热炉”中160到170摄氏度的温度下进行了两天以上的消毒。李普曼后来声称，“在煤中发现的微生物实际上是幸存者，在煤形成的时候被囚禁在煤中，而这些微生物可能从最初的材料开始就非常丰富。peat-like在自然界。”

在煤中找到微生物就等于在今天被称为深层生物圈的地方找到了存活的生命。伦敦玛丽女王大学的地质学家詹姆斯·布拉德利说:“深层生物圈的定义并不普遍，但我们倾向于指的是包含在地球表面以下的栖息地。”布拉德利认为，海洋生物圈的某些方面，如海洋沉积物等更大的深层生物圈的一部分，类似于盐晶体的设置Hsal．这里的物种会被困在一个能源极度有限的环境中。

他说：“当我们越过动物喜欢挖洞的顶部10厘米时，海洋沉积物几乎没有混合和重新加工。”。有一些海洋位置数百万年来没有发生过重大扰动。

考虑到这些栖息地的极端能量限制，很难在实验室中模拟它们。布拉德利研究的栖息地之一是南太平洋环流。“JOIDES Resolution”号上的船员从漩涡中钻取了一个长的垂直岩心，戴上口罩以保护自己免受岩心释放的硫化氢气体的伤害。这样的岩芯可以有几百米长，分段进行。

如果这些僵尸般的微生物中有一小部分能在地质时期存活下来，那么它对太阳系内外的生命将产生深远的影响。

布拉德利说:“通过分析这个核心中所含的物质，从顶部到底部，你将从现代环境一直到古代环境。”来自南太平洋环流的岩心可以追溯到9500万年以前。⁴硫化氢是新陈代谢的副产物。他说，这是一个“良好的迹象，我们有活的和呼吸的有机体在这个栖息地生存”。在2018年一篇关于深层生物圈的论文中，布拉德利指出，“微生物的健康可能不是由它的生长决定的，而是它仅仅存活的能力。”⁵

他特别感兴趣的是了解这些生物体的能量极限是什么。“这是一条很难划清的界限，”他说，“因为这些生物体正在处理的能量量非常接近于零。”从生物处于生长状态到维持状态，再到布拉德利所说的“更深层次的休眠状态”，这是一个能量转换过程。他说，“它将基本的维持能量需求降低到比以前更低的水平，在那里它不再生长。”

一个人通常需要100瓦的能量，而一个来自地下深处的生物理论上可能需要10的-21瓦的能量。他说，“所以这比人类运行的能量低1000亿亿，我不确定是多少亿……”然而-21是一个理论极限，布拉德利估计生物体将在更高的能量阈值下生存。

布拉德利指出了一个超现实的方面。实验主义者努力培育这些古老的生物。据他所知，它们复苏的时间长达1000天。对于没有复活的生物体来说，可能缺少的变量不是营养物质，而是超慢速生物体生长的时间。“我们可能在实验室测试的时间尺度太小了，”他说。

虽然这些类僵尸微生物中的大多数可能无法存活，但即使有少数能在地质年代中存活下来，它对太阳系内外的生命也有着深远的影响。咸的环境被认为是丰富的。新的观测表明，火星南极附近存在卤水湖。⁶早在20世纪80年代初，人们就在火星陨石中发现了盐石。木卫二(木星的一颗卫星)和土卫二(土星的一颗卫星)是其他的主要候选者，它们被认为是有海水的栖息地。矮行星谷神星位于小行星带，是一个活跃的海洋世界。⁷来自土卫二的羽流可能会提供样本，总任务时间只有13年半。

戴维斯，他觉得留着这个很方便Hsal就像搁在架子上的盐晶体，他的名字叫Hsal艺术展览Koschei不死的以俄罗斯民间传说中的邪恶巫师命名。据说，越井把邪恶的灵魂藏在藏在鸡蛋里的针尖里，而被追赶的鸭子会飞走。这个东西被埋在一个箱子里，然后被埋在一个岛上，岛上的东西会随着潮汐的交替出现和消失。

Koschei启发了Davis和他的团队，依靠一种称为矢量编码的技术，将一些物体插入到图像中Hsal脱氧核糖核酸他们还存储了一个三维折纸双螺旋和一个称为tesseract的四维超立方体。数字信息承载着一种神奇的感觉，诗意地召唤着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：“你必须先向自己展示自己，然后才能向别人展示自己。”

戴维斯说：“我希望我的同事审查我所有的诗意评论，但他们喜欢。”。他想，如果Hsal它可以跨越地质时期存活下来，可以被用来传送星际信息。“一个生物载体将是永久的数亿份拷贝，用于数亿个接收者。”

Virat Markandeya是德里的一名科学作家。

工具书类

1.戴维斯,J。et al。在活的有机体内多维information-keeping在Halobacterium salinarum．bioRxiv(2020)。检索自DOI: 10.1101/2020/02/14/949925

2.Nadis, S. Hardy微生物的DNA可能是一个年代的时间胶囊。科学类sciencemag.org/news（2020年）。

3.李普曼，古代岩石中的活微生物。细菌学期刊22, 183 - 198(1931)。

4.好氧微生物生活在有1亿1千5百万年历史的含氧海洋沉积物中。自然通讯113626(2020)。

5.最低生存期:深海沉积物中微生物的休眠和维持。地球生物学1743-59(2019)。

6.火星上的水：三个埋藏的湖泊的发现引起了科学家们的兴趣。自然新闻(2020)．

7.社论。最后一瞥谷神星。自然天文学4723(2020)。

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