南极洲干谷的隐秘生态和惊人地质

基因冰棒会有什么口味？

在南极洲干谷荒凉的景观中，几乎不可能想象生命能够存在，更不用说繁衍生息了。然而，在冰冻的岩石区下方，隐藏在沙粒和埋藏的冰层之间，却有着令人惊讶的生物多样性。

为了寻找微生物生命，罗格斯大学的分子生态学家 Kay Bidle 在 Marchant 为他进行的探险活动中收集的土壤和冰芯样本中寻找微生物 DNA。尽管已经降解，但大量的古老微生物 DNA 片段，有些已有 800 万年的历史，悬浮在冰样中。Bidle 发现干谷的土壤微生物与世界其他地方发现的微生物差别不大。

一个基因组要在一个细胞中存活，需要至少 160,000 个碱基对的 DNA 片段完整——最大的土壤微生物拥有大约 1220 万个。Bidle 没有看到这么长的片段；他在冰芯样本中发现的最长的片段只有几万个碱基对。更老的岩芯样本包含更小、更降解的链。然而，当 Bidle 培养他的样本时，它们长成了活着的生物——即使是最古老的。Bidle 推测，隐藏在大量古老、降解的 DNA 中，一定有一些完整的标本在这数百万年间得以幸存。他假设它们处于休眠状态，一种冬眠。

如果干谷的冰融化，全新的生命形式可能会出现。它们将通过侧向基因转移过程产生，即微生物将其他微生物松散的遗传物质片段整合到自己的基因组中。最古老冰层的融化将暴露数百万年前被封存的 DNA 片段，形成一种“基因冰棒”：现有的微生物可以整合释放出来的遗传片段，从而产生新物种。

许多人认为，5.7 亿年前，当我们的星球可能完全被冰覆盖时，发生了类似的事情——被称为“雪球地球”。那些冰层包裹着微生物，就像 Bidle 从干谷采集的样本一样。当雪球融化时，化石记录中出现了微生物物种的大爆炸。这可能是“基因冰棒”效应。

随着全球变暖导致冰层进一步融化，我们是否会再次面临外星微生物入侵？Bidle 说，不太可能。通过“基因冰棒”效应释放的任何物种可能都不会对现有微生物秩序造成影响。相反，由于现代复杂微生物的数量将远远超过任何新出现的南极生命形式，它们很可能会吞噬掉这些更原始的生物。

解开麦凯谷之谜

大约 1200 万年前，在横贯南极山脉的一处冰川下，一个巨大、不断增长的融水库的向下流动被冰墙阻挡。随着水库的增长，它变得太重，以至于冰墙无法承受。冰墙崩塌，释放出近乎亚马逊河排水量 13 倍的爆炸性水流。

当水冲过下方的山谷时，它涌入基岩，撕下冰箱大小的岩石块，将它们抛到南极洲赖特谷数英里远的下游。在这场冰下洪水过后，石头上留下了一条壮观的通道迷宫，有些深达数百米，形成了一个由蜿蜒曲折的路径组成的复杂网络，被称为麦凯谷。

要解读这个神秘地方的历史并不容易。如果不是因为华盛顿州东部一个极其相似的地貌——沟壑之地，以及地质学家 David Marchant 和他的研究生 Adam Lewis 的一丝不苟的侦查，它可能永远不会被理解。

关于沟壑之地的巨型洪水理论最早出现在 20 世纪 20 年代，但直到 70 年代，当 G geologist Victor Baker 描述了世界各地主要洪水的物理过程时，它才被广泛接受。他写道，沟壑之地的一些特征，如巨大的砾石砂波和被移位的 65 英尺宽的巨石，无法用哥伦比亚河的变化来解释——形成它们的任何水源的流量和体积都必须指数级地更大。2005 年，当 Marchant 和他的团队正在探索麦凯谷时，他们注意到通道内壁上的冲刷痕迹，暗示着冰面下方有巨大的水流。正是在那时，他们拼凑出了这个故事。

Marchant 认为，这次冰下巨型洪水发生在距今 1200 万至 1600 万年前的中新世。南极洲从中温带湿润冰川气候转变为如今寒冷气候和冷基冰川。在过渡期间，冰盖扩张，融水在山脊边缘的冰层下方积聚，形成了冰川下的湖泊。随着气候变冷，山隘中形成了冰坝，包括现在麦凯谷上方的一个。当冰川下的湖泊不断扩大，压力最终超过了冰坝的强度。一旦水冲破，就无法阻止其流动。

在南极洲的其他地方存在着较小的、所谓的“原始麦凯谷”，这表明灾难性洪水在大陆的地质历史中可能并不罕见。Marchant 怀疑还有更多这样的地貌被埋藏在冰层下，而冰层覆盖了大陆 98% 以上的区域。

地球上的火星

搜寻火星上水的证据的研究人员在南极洲的干谷中找到了一些最好的线索。

在横贯南极山脉西北坡下方的干谷，这里的埋藏冰层永不融化，湿度保持在地球上最低的水平之一，这个世界开始看起来非常像火星。干谷与这颗红色行星最显著的相似之处在于冰川沉积物，它们是由极度寒冷的冰层形成的，这些冰层寒冷到融水从未重新塑造地表特征。

20 世纪 70 年代，在“海盗号着陆器”计划的早期，研究人员首次提出火星有大量冰层，但实际证据却很少。在过去的几十年里，科学家们一直在寻找错误的东西。在地球上除了最冷的地区，冰川和基岩之间都有一层水，这使得上方的冰层能够移动。这些所谓的湿基冰川在它们沿山坡向下移动时，会产生独特的冰水侵蚀地貌，这些地貌被厚厚的层状碎屑覆盖，以及长而蜿蜒的沙砾脊。这些山谷看起来像是被切割或精细雕刻出来的。

但像火星和干谷上的冷基冰川，太冷了，无法产生类似的东西。液态水根本不存在，因此无法以相同的方式塑造地貌。在地球和火星上，冷基冰川中的岩石和碎屑会随着上覆冰层升华（从固体直接变成气体）而暴露出来。这些岩石覆盖层被称为升华沉积土——它们可以隔绝冰层，最终，如果足够厚，就会抑制进一步的升华。在极端情况下，冰层可以保存数百万年。

在持续的研究中，地质学家 David Marchant 及其团队研究了许多升华沉积土，记录了地表随着地下冰层在季节温度变化下弯曲和破裂而发生的细微变化。当温度从平均 14 华氏度的温和夏季降至冬季的零下 50 度时，埋藏的冰层会收缩，形成垂直裂缝，深入冰川数码，顶部可达数英尺宽。松散的岩石和碎屑会落入这些裂缝中，堆积起来形成看起来像是被深邃沟壑分隔的岩石堆。

这些特征表明存在浅层埋藏冰——它们出现在干谷最冷地区的各个地方，并且散布在火星表面。哪里有冰，那里曾经就一定有水——可能还有生命。这些信息指导了“凤凰号”探测器，它是 Curiosity 之前部署的火星车，在火星上寻找微生物生命。与地球一样，火星也经历过与我们类似的冰河时代。但没有全球海洋的复杂影响，广泛的生命和活跃的板块构造，火星的气候历史比我们简单。如果 Marchant 和他的同事能够破译火星上的冰川和气候记录，他们就可以利用从这颗红色行星上获得的根本概念来解决我们自己的问题。