蓝藻竟能从石头里喝到水？

作者：R. Mark Wilson

编译：袁瑜

图片来源：https://physicstoday.scitation.org

智利的阿塔卡马沙漠是地球上最干燥的地方之一。该处地表最常见的矿物是石膏，一种水合形式的硫酸钙。这种矿物呈晶体状，通常镶嵌在岩石中，21%的质量被晶格束缚在水分子中。它也是多孔的，光合作用微生物很容易在岩石内部的孔隙和晶界内定居。该处作为栖息地具有独特的优势：通过过滤紫外线，石膏岩石保护了多种微生物类群。此外还能储存水分提供营养。

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微生物究竟是如何从石膏晶体中提取水分的，这个问题一直没有得到解释。加州大学河滨分校(University of California, Riverside)博士后研究员黄伟(Wei Huang，音译)和他的导师大卫·基塞勒斯(David Kisailus)以及他们的同事现在发现，这些微生物能够有效迫使石膏经历从含水结构到无水结构的相变。在这样做的过程中，微生物从晶格中释放了水分子。为了得到这一发现，黄伟和他的同事们对岩石样品进行了显微镜和光谱分析。微型计算机断层扫描显示，微生物在石膏上普遍存在，如上图的一系列插图所示(黄色和红色代表微生物菌落)。扫描电子显微镜(SEM)，如下图所示，微生物更喜欢附着在特定的晶体表面——主要是(011)平面上。这些表面更加粗糙，这使得微生物更容易粘附在上面，并且更容易接触到结合的水分子。扫描电镜和红外光谱分析表明，微生物吸附时会分泌羧酸。酸溶解矿物表面，水以液体的形式从晶格结构中释放出来。这一过程将将石膏转化为硬石膏，即无水矿物的形式。

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该分析主要基于约翰霍普金斯大学的团队成员Jocelyne DiRuggiero收集的现场样本的测量结果。她通过在实验室中培养蓝藻来扩展它——在干燥和潮湿的条件下。石膏到硬石膏的明显相变仅伴随干培养物，并且与培养物的微生物细胞数量直接相关。这些结果意味着蓝藻仅在缺水的环境中从石膏中提取水。

该分析结果主要基于约翰霍普金斯大学的团队成员Jocelyne DiRuggiero收集的现场样本的测量结果得出。她通过在实验室中培养蓝藻细菌来证明：只有在干燥条件下，石膏转变为硬石膏的明显相变才会出现，并与培养的微生物细胞数量直接相关。这些结果表明，蓝藻细菌只在缺水的环境中从石膏中提取水分。

文章来源：https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20200507a/full/