作者：R. Mark Wilson

編譯：袁瑜

圖片來源：https://physicstoday.scitation.org

智利的阿塔卡馬沙漠是地球上最干燥的地方之一。該處地表最常見的礦物是石膏，一種水合形式的硫酸鈣。這種礦物呈晶體狀，通常鑲嵌在巖石中，21%的質(zhì)量被晶格束縛在水分子中。它也是多孔的，光合作用微生物很容易在巖石內(nèi)部的孔隙和晶界內(nèi)定居。該處作為棲息地具有獨(dú)特的優(yōu)勢：通過過濾紫外線，石膏巖石保護(hù)了多種微生物類群。此外還能儲存水分提供營養(yǎng)。

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微生物究竟是如何從石膏晶體中提取水分的，這個問題一直沒有得到解釋。加州大學(xué)河濱分校(University of California, Riverside)博士后研究員黃偉(Wei Huang，音譯)和他的導(dǎo)師大衛(wèi)·基塞勒斯(David Kisailus)以及他們的同事現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，這些微生物能夠有效迫使石膏經(jīng)歷從含水結(jié)構(gòu)到無水結(jié)構(gòu)的相變。在這樣做的過程中，微生物從晶格中釋放了水分子。為了得到這一發(fā)現(xiàn)，黃偉和他的同事們對巖石樣品進(jìn)行了顯微鏡和光譜分析。微型計算機(jī)斷層掃描顯示，微生物在石膏上普遍存在，如上圖的一系列插圖所示(黃色和紅色代表微生物菌落)。掃描電子顯微鏡(SEM)，如下圖所示，微生物更喜歡附著在特定的晶體表面——主要是(011)平面上。這些表面更加粗糙，這使得微生物更容易粘附在上面，并且更容易接觸到結(jié)合的水分子。掃描電鏡和紅外光譜分析表明，微生物吸附時會分泌羧酸。酸溶解礦物表面，水以液體的形式從晶格結(jié)構(gòu)中釋放出來。這一過程將將石膏轉(zhuǎn)化為硬石膏，即無水礦物的形式。

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該分析主要基于約翰霍普金斯大學(xué)的團(tuán)隊成員Jocelyne DiRuggiero收集的現(xiàn)場樣本的測量結(jié)果。她通過在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)藍(lán)藻來擴(kuò)展它——在干燥和潮濕的條件下。石膏到硬石膏的明顯相變僅伴隨干培養(yǎng)物，并且與培養(yǎng)物的微生物細(xì)胞數(shù)量直接相關(guān)。這些結(jié)果意味著藍(lán)藻僅在缺水的環(huán)境中從石膏中提取水。

該分析結(jié)果主要基于約翰霍普金斯大學(xué)的團(tuán)隊成員Jocelyne DiRuggiero收集的現(xiàn)場樣本的測量結(jié)果得出。她通過在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)藍(lán)藻細(xì)菌來證明：只有在干燥條件下，石膏轉(zhuǎn)變?yōu)橛彩嗟拿黠@相變才會出現(xiàn)，并與培養(yǎng)的微生物細(xì)胞數(shù)量直接相關(guān)。這些結(jié)果表明，藍(lán)藻細(xì)菌只在缺水的環(huán)境中從石膏中提取水分。

文章來源：https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20200507a/full/