QIAGEN相伴南极洲早期生态研究

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在忍耐了数月的严酷地形环境和狂风暴雪的肆虐后,Dale Andersen和他的专家团队终于完成了针对南极洲毛德皇后地(Queen Maud Land)的一个冰封淡水湖的研究——那里犹如散落在冰冻荒漠中的一片绿洲。在Lake Untersee,他们收集和保存了湖中珍贵的微生物群落样本,这对探索地球早期生态系统如何运行,以及当面对其他星球上的生命时如何进行我们的研究,都有重要作用。这是一趟探索之旅。
旅程

经过数月的周密计划,该团队在南非开普敦(Cape Town)组建,经过6小时飞行到达Novolazarevskaya南极考察站。随后,经过危险的125 km的陆路驾驶旅程,他们将到达东南极洲表面积最大的湖——Untersee湖。陆上旅程耗时约6-8小时,却不能保证顺利抵达;航行中的大量冰隙、可能深陷的大雪和无法预料的天气状况,都可能导致重大延误。

当团队终于跨过阿努钦冰川(Anuchin Glacier),映入眼帘是毛德皇后地山脉(Queen Maud Land’s mountains)的壮丽景观,雄伟壮丽的山峰阻断了环绕的内陆冰层。隐藏在山脉之中的,是一个被岩石和冰雪包围着的,类似于地球早期生物圈的世界——Untersee湖。卡车驶离后,团队必须独自面对严苛的体力任务,例如沿河岸组装扎固他们的橙色圆顶帐篷,深入到巨大而冰冷的湖水中收集重要样本,以探索这个独特的生态系统。

寒冰下隐藏着什么?

仅依赖一个蒸汽净化器、无毒防冻剂和一个小加热线圈,他们便开始了一项艰苦的任务——在厚冰上融化出一个洞供潜水用,这项工作需要耗时超过24个小时。任何生命似乎都不可能存在于这样严酷的环境中、更遑论湖中极高的pH值 (>10.4) 和溶解的甲烷浓度;然而,在至少深约150米处的湖底,大量的光合作用型微生物垫如地毯般铺散开来,它们安静地生长着,就如数十亿年前一般。

Dale Andersen描述说,“就好像寄给了我们一张来自过去的明信片。展现给我们的,是在与今天如此不同的——阳光亮度降低30%,大气、湖水、河水和海洋中几乎没有氧气的星球上的——早期生态系统是如何繁荣成长的。”

探寻答案

那些巨大的圆锥形叠层石距离湖底有半米高,不曾出现在任何其他现代环境中。目前,还不是完全清楚这些结构是如何形成,或为什么形成,但是它们为曾经在地球很常见的蓝藻细菌提供了良好的现代实例,并有希望帮助我们更好地理解早期光合作用群落是如何发挥作用的。宏基因组学和转录组学等分子技术对于研究这些系统异常重要,而样本保存则是获得可靠结果的关键。

“在回到实验室前,我们利用QIAGEN的RNAlater防止样本中的RNA和DNA降解。因为在采获生物学样本后,基因表达谱会因为RNA降解和转录诱导而迅速发生改变。因此,在南极洲必须拥有快速方便保存样本的方法。”Dale Andersen告诉我们。

在极限环境中进行生命研究,也使我们有机会了解地球早期生态系统,以及怎样开始对其他星球的生命进行研究,如火星以及木星外围卫星(木卫二Europa)和土星外围卫星(土卫二Enceladus)。

正如Dale Andersen所说,“我们对地球生命如何应对相似限制条件了解的更多,我们就可以为分析火星上古老的水沉积物做出更好的准备。”

该团队在南极洲所做的工作是一次包含着探索、好奇心、前瞻性和勇气的珍贵的旅途,对崭新的知识和开辟新天地的渴望是旅程的源泉。

参考文献
Andersen, D.T. (2014) Diving for Science in Antarctica. The Explorers Journal 91, 30. Andersen, D.T., Sumner D.Y., Hawes, I., Webster-brown. J., McKay, C.P. (2011) Discovery of large conical stromatolites in Lake Untersee, Antarctica. Geobiology, 2, 280.

图片
Dr. Dale T. Andersen