摘要
一些微生物生长在一起，形成了被称为微生物垫的结构。这些垫子由不同颜色的几层组成，其结构取决于环境条件，如阳光、湿度和可用的食物。海洋、湖泊、沿海泻湖以及沙漠、极地和温泉等极端环境中都有微生物垫。对化石的研究表明，微生物垫是早期地球上常见的生命形式，从那时起，它们就一直存在于我们的星球上!因此，对现代垫子的研究有助于我们了解过去的微生物生活，以及它们如何帮助调节地球气候。科学家们认为，微生物席可以在像地球这样的岩石行星上繁荣发展，因此他们正在研究不同陆地环境中的席，以帮助他们识别其他星球上存在席的证据。
微生物可以形成大结构!
微生物是肉眼无法看到的微小生物，因为它们大多数只由一个细胞组成。我们需要用显微镜来观察它们。它们生活在我们的体内和表面，以及我们的环境中，包括土壤、水和空气。有时微生物共同作用，形成不用显微镜也能观察到的大结构。例如，地衣看起来像植物，但它们是由藻类和真菌之间的有趣关系产生的，真菌在树上或岩石上形成薄片或无叶的树枝。酸奶、醋、奶酪和面包都是由特定的微生物群通过发酵过程生产的。一些植物会形成一种叫做根结节的小结构，微生物可以在那里生存。由于这些结节中的微生物，植物可以从环境中获得更多的食物，由于植物，微生物有了生存的地方和大量的糖来喂养。通常，当你的食物在冰箱里变质时，你可以观察到一层微生物，称为a生物膜在上面成长。
在自然界中，许多微生物生活在地下。利用土壤、水和矿物质，这些微生物可以形成巨大的固体结构。当有高质量的食物存在时，一些微生物可以繁殖数百万个，附着在土壤或沙子上，创造出看起来像普通岩石或泥浆的结构，但实际上是由大量微生物构建的活结构。岩石微生物结构有不同类型。它们有微生物岩、内蒸发岩、肿瘤岩和叠层石(图1) [1］．这些结构可以有不同的形状和颜色，这在形成过程中受到环境条件的强烈影响。微生物垫是微生物构建结构的一个具体例子。
- 图1 -微生物利用土壤、水、岩石和矿物制造的结构实例
- (一)来自西澳大利亚坎宁盆地凯西瀑布地区的肿瘤石(图片来源:Heidi Allen)。(B)Endoevaporite。(C)微生物垫。(H D, E, G)墨西哥Yucatán半岛上的微生物垫。(F)来自北美休伦湖中岛天坑的微生物垫(图片来源:John Bright, NOAA雷电湾国家海洋保护区)。(我)来自墨西哥格雷罗内格罗的微生物垫的横切面。
什么是微生物垫，它们有什么作用?
微生物需要能量和水来建立一个微生物垫。水可以由温泉、泻湖或海岸岸线提供，许多微生物使用太阳能作为它们的主要能源。只要有足够的能量和水，微生物就能在表面繁殖，与食物、沙粒或土壤粘在一起，并形成厚达几厘米的垫子。图1 c)．在某些情况下，新的活席子会在旧的死席子上生长，形成厚厚的一层(图1 g, H)．顾名思义，垫子类似地毯或小地毯，它们覆盖各种大小的表面。当近距离观察时，垫子也有有趣的垂直分层(图2)．微生物可以分布在绿色、橙色、红色和紫色的层中，每一层代表不同的微生物群落，需要不同量的阳光和氧气(图1我)．席子上的所有微生物共同工作以维持自身，并与周围环境相互作用。
- 图2 -放大到微生物垫的顶部第一厘米。
- (一)一个经典的微生物垫的结构。活的微生物被发现在顶层，而旧垫在下面。(B)近距离观察垫子第一厘米的横截面，显示了形成的不同层。(C)不同类型的微生物生活在微生物垫的不同层。重要的元素如碳、氮和氧被微生物循环利用。
研究表明，微生物垫对人体的功能很重要生态系统．例如，当垫子在地面上定居时，它们有助于土壤和沉积物的健康，产生丰富它们的营养物质。垫子参与了一些化学元素的循环，包括碳、氮和硫。它们还可以清洁水，它们既吸收又释放大气中的气体，如氧气、氢气、二氧化碳和甲烷。草席也是动物的食物来源。一些苍蝇、蜗牛、蠕虫、螃蟹和鸟类以小块的微生物垫为食，然后较大的生物可以以这些较小的生物为食。2］．由于席子不断被吃掉，除非在极端环境下，它们通常不会长得太多1．
世界各地的微生物垫
如今，在热带海岸泻湖、河口和海湾中可以发现微生物垫，但它们可能很难被发现，因为它们只有在有足够的食物和受到保护时才能长得大。然而，垫子被广泛发现在化石记录这表明，数十亿年前，这些结构在早期地球上非常丰富。想想看!恐龙起源于2.45亿年前(BYA)，鱼类起源于0.530 BYA，水生植物起源于1.2 BYA，但微生物垫在地球上出现的时间甚至是3.5 BYA，远远早于任何其他形式的生命存在。在地球早期，这些微生物结构在世界各地的岩石或沙质表面繁殖。想象一下!今天，微生物垫通常会被其他生物吃掉，但数十亿年前，这些高等生命形式还没有进化出来，所以微生物垫一直在生长!微生物垫是最古老的有组织生命形式之一，对当今微生物垫的研究有助于科学家了解它们对现代和早期地球生态系统的贡献。
地质数据和实验室研究揭示了微生物垫在地球历史上的重要性。人们相信，在过去，垫子的丰富和高度活跃创造了我们今天呼吸的大气。此外，由于古代的垫子释放二氧化碳和甲烷，它们也有助于调节地球的气候，帮助创造温暖的大气，使地球成为一个宜居的星球[3.］．
垫子是地外生命的模型
在极端生态系统中观察到微生物垫，例如在海岸周围的极咸地区和沙漠土壤中。此外，它们可以在极地地区的永久冻土上形成，永久冻土是一种永不解冻的土壤。在靠近火山和温泉的高温下发现了垫子。它们也在深海中被发现，在光照和压力的恶劣条件下。
由于微生物席可以在阳光、水、温度和盐度的极端变化下生长，科学家们认为微生物席可能存在于地球之外的其他岩石行星或卫星上。我们太阳系中的大多数行星和卫星都不适合生命存在，因为它们会接收到大量的紫外线或宇宙辐射，而且它们缺乏维持生命的大气层。但有证据表明，太阳系中的一些行星和卫星可能有水，有时被冰层保护着。如果在那些偏远的地方有生命，那很可能是微生物，而不是大型动物或植物。因此，通过研究微生物垫的特征，科学家可以发现微生物垫的结构。生物印记．生物特征就像一张表明生命存在的身份证。例如，微生物产生的气体或它们在岩石和沙子中形成的结构可能是它们的生物特征。利用航天器上的相机和仪器，微生物产生的大型结构将比微生物本身更容易探测。如果我们用宇宙飞船的相机观察到另一个星球上微生物垫的生物特征，就会表明微生物可能生活在那个星球上。
目前，科学家们正在太阳系中寻找活的或化石垫。火星和土星的两颗卫星(土卫六和土卫二)的地质特征很有可能形成微生物垫。火星表面多岩石且干燥，但最近，美国宇航局的火星勘测轨道飞行器提供了火星上存在液态水的有力证据。4］．研究土星及其卫星的卡西尼-惠更斯号和旅行者号飞船在土卫六和土卫二上发现了水和极地冰的证据，可能与地球极地冰盖中的冰和水相似。5］．目前还没有证据表明在我们的星球之外有任何种类的生命繁荣，但对地球上极端生态系统的研究有助于我们预测宇宙其他地方微生物生命所需的条件，并设计出有助于我们找到它们的策略和设备。例如，我们必须知道在太空任务中发送哪些仪器来检测微生物产生的气体，我们必须知道如何在照片中识别微生物垫。
如何研究微生物垫?
微生物垫在地球上无处不在，在温和和极端的环境中，在可到达和难以到达的地方。一些最著名的微生物垫是在美国加利福尼亚州的黄石国家公园发现的，它们生长在温泉和间歇泉附近。然而，你可以在一些浅海沿岸找到垫子，那里的海水随着潮汐涨落。例如，草席可以生长在红树林、盐沼、湿地或河流和湖泊的边缘。有时，在水不定期清洁的其他地方，生物膜或小垫可能会生长——例如，在水盆、喷泉或鱼缸中(图3 a -)．
- 图3 -藻类和垫状生物膜生长在熟悉的地方，如(一)鸟浴，(B)街道的阴沟，(C)外部屋顶板，(D)鱼缸的底部，(E)屋顶排水管的收集器，(F)河口的水(G)木板在棚子下发现的木板
- (H)加利福尼亚州埃尔克霍恩沼泽上游地区漂浮的藻类。(我)微生物垫收集区视图。(J)取样微生物垫。(K)从现场运送垫子。(左)在美国宇航局艾姆斯研究中心的温室里孵化的垫子。
目前的微生物垫研究是通过实地考察和考察来进行的，这些考察考察了垫和微生物在不同生态系统和不同环境条件下的生存能力。这些信息有助于科学家了解垫子在生态系统中的作用，以及这些微生物可以发挥作用的阳光、水、温度和其他条件的限制。除了在天然位置研究席子外，席子还被运送到实验室，在那里可以进行长期实验，并使用各种实验室工具来了解微生物的生活。例如，我们可以在实验室里种植垫子，用仪器测量它们产生多少氧气，消耗多少二氧化碳(图3我)．
结论
综上所述，微生物垫是一个复杂的系统，为研究微生物多样性、生态学和进化提供了极好的机会。在地球上的许多生态系统中都能找到垫子，它们的形状和大小也各不相同。就像垫子本身一样，对研究微生物垫感兴趣的科学家遍布世界各地。你知道，或者去过会长垫子的地方吗?
术语表
生物膜：↑一层相互粘在一起并粘在(或漂浮在)表面的微生物。
微生物垫：↑由微生物组成的大型结构，生长在沉积物顶部。它通常由大量的土壤、矿物质、营养物质和微生物组成。
生态系统：↑生活在某一特定区域的生物群落及其环境的非生物组成部分(天气、景观)。
化石记录：↑地球上生命的历史，由生活在许多年前的生物的化石、遗迹或印记所记录。
生物印记：↑任何强烈暗示生命证据的特征、分子、物质或特征。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
致谢
这项工作由CONACYT (CONACYT)通过CF-2019-848287拨款支持。在Yucatán Peninsula进行的采样由Apoyo a proyeectos de Investigación e Innovación Tecnológica (PAPIIT-UNAM) IN216219支持。圣地亚哥感谢CONACYT博士，奖学金(资助570049-2017-2020)。SIRJ承认CONACYT授予377887。非常感谢Mike Kubo和Sanjoy Som对Blue Marble太空科学研究所青年科学家计划的支持。非常感谢博士。Claudia Teutli和Jorge Herrera在Yucatán为我们提供了样本。感谢维罗妮卡和巴特在圣克拉拉的热情款待。我们非常感谢Anabel Suárez-Guevara对这些数字的详细阐述。感谢编辑Rémy Beugnon和Susan Debad的深刻评论。
参考文献
[1]↑杨晓燕，杨晓燕，杨晓燕，等。2019.杨晓燕，杨晓燕，等。Águila杨晓燕，Gómez-Acata E.， Beltrán Y.。微生物岩:到底是什么?前面。年轻人的心灵。7:112。doi:10.3389 / frym.2019.00112
[２]↑塞克巴赫J.和奥伦A. 2010。微生物垫:分层系统中的现代和古代微生物．阿姆斯特丹:施普林格。doi: 10.1007 / 978-90-481-3799-2
[3]↑赫勒，贝布特，德玛莱，2001。在早期地球上，微生物垫在产生还原性气体中的作用。大自然。412:324-7。doi: 10.1038 / 35085554
[4]↑Nazari-Sharabian M.， Aghababaei M.， Karakouzian M.， Karami M. 2020。火星上的水——一个文献综述。星系。八40。doi: 10.3390 / galaxies8020040
［5］↑米特里G.， Postberg F.， Soderblom J. M.， Wurz P.， Tortora P.， Abel B.等。2018。土卫二和泰坦探测器(E2 T):研究太阳系中海洋世界的演化和宜居性。星球。空间科学。155:73 - 90。doi: 10.1016 / j.pss.2017.11.001
脚注
[1]↑如果你想更深入地探索微生物垫，请观看这个视频:https://youtu.be/VpCkgvb41Ag