在上世紀(jì)20年代，人們在礦井開采和深井取水等工程活動中，發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象，那就是從地下數(shù)百米深處的抽上來的地下水中，居然存在著生命活動的跡象。

之所以說這件事“奇怪”，是因?yàn)榘凑债?dāng)時的科學(xué)認(rèn)知，在如此深的地下，根本就不具備生命存在的基本條件，因?yàn)槟抢餂]有陽光，溫度和壓力都遠(yuǎn)超地表，氧氣也極為稀缺，也沒有什么可利用的營養(yǎng)物質(zhì)。

不過這種現(xiàn)象當(dāng)時并沒有掀起太大波瀾，因?yàn)榇蠹移毡檎J(rèn)為，這應(yīng)該是樣本被污染了。但隨著時間的流逝，同樣的現(xiàn)象卻在不斷地發(fā)生，這使得越來越多的科學(xué)家開始懷疑，難道說地球內(nèi)部真的存在生命？

到了上世紀(jì)70年代，科學(xué)家設(shè)計(jì)了嚴(yán)格的取樣流程（比如使用無菌鉆探、密封采樣、同位素示蹤等手段），在確保樣本沒被污染的情況下提取了多種地下深處的樣本，結(jié)果依然發(fā)現(xiàn)了生命活動的痕跡。

而這也就意味著，之前懷疑對了，地球內(nèi)部果然存在生命，于是相關(guān)的研究就此正式開始。

進(jìn)入21世紀(jì)之后，相關(guān)研究迎來了真正意義上的系統(tǒng)化發(fā)展。隨著深海鉆探技術(shù)、超深井工程以及分子生物學(xué)快速進(jìn)步，科學(xué)家得以從全球尺度對地下生命進(jìn)行全面調(diào)查，并逐漸發(fā)現(xiàn)了一個規(guī)模龐大的地下生物圈。

這些地下生物并不是我們想象中那種隱藏在地底的怪獸，實(shí)際上，它們基本都是以細(xì)菌和古菌為主的微生物，除此之外，還有少量的真核生物。

研究表明，這些地下生物分布的范圍非常廣，從大陸深處的巖層，到海底沉積物之下，再到洋殼內(nèi)部的裂隙系統(tǒng)，到處都存在著它們的身影，其范圍在大陸之下可以延伸到大約10公里深的地方，而在海洋區(qū)域，如果從海面算起，最深可以達(dá)到約21公里。

更引人注目的是，這個地下生物圈的生物多樣性以及生物量遠(yuǎn)超預(yù)期，根據(jù)近年來多項(xiàng)綜合研究的估算，其生物種類有數(shù)百萬之多，總生物量可達(dá)150億至230億噸（大概相當(dāng)于地表細(xì)菌和古菌總生物量的9倍）。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些微小的生命不依賴陽光進(jìn)行光合作用，也不需要從外界攝取現(xiàn)成的有機(jī)物，而是直接利用無機(jī)化學(xué)反應(yīng)來獲取能量和構(gòu)建自身，其中最主要的能量來源是氫氣。

要知道地下環(huán)境中，氫氣并不是稀有物質(zhì)，反而來源相當(dāng)豐富。比如說巖石中天然存在的放射性元素在衰變過程中，會分解水分子，釋放出氫氣，某些礦物與水發(fā)生反應(yīng)時，也會生成氫氣（其中一個典型過程是橄欖石轉(zhuǎn)化為蛇紋石），而在地殼受力發(fā)生剪切和摩擦?xí)r，也能通過機(jī)械作用產(chǎn)生氫氣。

而這些微生物則進(jìn)化出了一個專門利用氫氣的工具——?dú)浠福@種蛋白質(zhì)可以高效捕捉氫氣并參與能量轉(zhuǎn)換，研究表明，在深層樣本中，氫化酶的基因數(shù)量明顯高于地表微生物，說明它們在這里是“主力裝備”。

有了氫氣之后，這些微生物會把二氧化碳作為碳源，通過一套自身的代謝路徑將其還原，生成有機(jī)分子，同時釋放能量。

除了氫氣，一氧化碳和甲酸鹽也是常見的能量來源。在高溫條件下，巖石與水的界面可以自然生成這些小分子，微生物可以直接加以利用，與此同時，硫酸鹽、硝酸鹽以及各種金屬氧化物可以作為電子受體，參與類似呼吸鏈的反應(yīng)，幫助完成能量釋放。

有意思的是，這些微生物往往會形成小規(guī)模的群落，通過代謝互補(bǔ)來提高整體效率。

比如說一些產(chǎn)甲烷的古菌會與硫酸鹽還原菌形成共生關(guān)系，一個產(chǎn)生中間產(chǎn)物，另一個繼續(xù)利用，把能量鏈條串聯(lián)起來，而病毒在這里也不是“旁觀者”，它們通過感染和基因轉(zhuǎn)移，幫助微生物快速適應(yīng)環(huán)境變化。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，這些微生物的新陳代謝速率遠(yuǎn)低于地表生物，有的細(xì)胞可能幾年甚至幾十年才分裂一次，但慢并不等于脆弱，相反，這是一種極端穩(wěn)定的生存策略，這使得它們可以在持續(xù)但微弱的能量輸入下，長期維持生命活動。

科學(xué)家表示，就目前的情況來看，我們對地下生物圈的了解還極為有限，但可以肯定的是，這些生活在地球內(nèi)部的生命一直在參與地球的基本運(yùn)作，它們影響著碳循環(huán)、硫循環(huán)和氮循環(huán)，在地下深處緩慢但持續(xù)地改變著礦物組成和化學(xué)環(huán)境。

而更有意義的，則是它們對外星生命研究領(lǐng)域的啟發(fā)，畢竟過去我們尋找地外宜居環(huán)境時，往往優(yōu)先考慮類似地球表面的條件，比如有陽光、有液態(tài)水、溫度適中，但現(xiàn)在看來，只要有水、有基本的化學(xué)能量來源，哪怕在高溫高壓的地下環(huán)境中，生命依然可以存在。

或許我們一直尋找的外星生命，可能就藏身于某顆星球的地下深處，即使是太陽系中也存在著它們的身影（比如說火星、土衛(wèi)六、木衛(wèi)二等等）。