‌一、发现背景：冰封12万年的“外星世界”‌

惠兰斯湖位于南极西南极冰原下方约800米处，面积约60平方公里，水深仅2米，被厚达96公里的冰流覆盖。该湖通过冰川融水补给，湖底沉积物含有古代海水残留，周期性通过地下通道流向海洋。2013年1月，美国WISSARD项目团队使用热水钻技术穿透800米冰层，首次获取未污染湖水样本，发现每毫升湖水含13万个微生物细胞，鉴定出超过3931种细菌和古生菌，包括利用氨气、甲烷获取能量的化能自养型微生物。研究证实该生态系统在黑暗环境中通过冰层融化获取氧气，维持了至少12万年的生命活动。

‌二、微生物特性：极端环境下的“生命奇迹”‌

‌能量来源‌：
惠兰斯湖微生物以氨气、甲烷、二氧化碳、铁、硫等无机物为能量来源，通过化能自养作用合成有机物。例如，部分古生菌利用氨气化学键产生能量，异养型微生物则“食用”化能自养型微生物的代谢产物。

‌细胞结构‌：
古生菌的细胞膜含有更多不饱和脂肪酸，能在低温下保持流动性；其蛋白质和酶在低温条件下仍能发挥功能；细胞内还含有抗冻蛋白，可阻止冰晶形成。

‌代谢策略‌：
微生物通过开启与对抗活性氧有关的基因，制造保护DNA免受低温损伤的蛋白质；同时合成甘氨酸、蔗糖等低温保护剂，以适应极端环境。

‌三、生存策略：与极端环境的“博弈”‌

‌能量获取‌：
在完全黑暗、缺乏光合作用的环境中，微生物依赖化能自养作用，从冰层下方的岩石中获取能量。这种生存方式与深海热泉喷口的生态系统类似，但惠兰斯湖的环境更为极端。

‌温度适应‌：
湖水温度为-0.5℃，微生物通过调整细胞膜流动性、蛋白质结构和代谢途径，在接近冰点的环境中维持生命活动。例如，南极蠓的幼虫能以被冰包裹的形式存在两年，仅在夏季短暂活动。

‌压力适应‌：
冰层压力使湖水保持液态，但微生物仍需承受高压环境。研究发现，深海微生物在11千米深的马里亚纳海沟仍能生存，惠兰斯湖的微生物可能也具备类似的压力适应机制。

‌四、科学意义：重新定义“生命边界”‌

‌生命起源与进化‌：
惠兰斯湖的微生物群落可能保留了地球早期生命的形态，为研究生命起源提供了“活化石”。其能量获取方式和代谢策略，可能反映了地球生命在极端环境下的原始状态。

‌地外生命探索‌：
木星的卫星欧罗巴和土星的卫星土卫二均被认为存在冰下海洋，且可能具备与惠兰斯湖类似的热源和化学物质。惠兰斯湖的发现表明，生命可能在太阳系其他星球的冰下海洋中存在，甚至可能发展出复杂生态系统。

‌气候变化研究‌：
南极冰下湖可能隐藏着地球气候变化的记录。研究惠兰斯湖的微生物群落和沉积物，有助于理解冰盖动态、海平面变化和全球气候系统的相互作用。

‌五、技术突破：污染控制的“精密操作”‌

为避免样本污染，WISSARD项目团队采取了严格措施：

钻探设备配备紫外线灭菌系统和滤水器；

工程师穿着无菌外套操作设备；

采样过程中使用小型高温炸药炸开最后一点冰层，减少钻头与湖水的接触时间。
这些措施确保了样本的原始性，为后续研究提供了可靠数据。

除了惠兰斯湖，还有哪些南极冰下湖存在微生物群落？

‌1. 谜湖（Lake Enigma）‌

‌位置‌：南极洲维多利亚地（Victoria Land）

‌发现时间‌：2019年

‌微生物特性‌：

通过探地雷达定位液态水，发现假单胞菌门、放线菌门、拟杆菌门和Patescibacteria等微生物。

这些微生物可能被隔离数千年，适应了冰冻生态系统中的极端条件，利用独特的生化过程生存。

‌科学意义‌：

揭示生命在极端环境下的韧性，为研究地球早期生命提供“活化石”。

增加地外生命存在的可能性，如木星卫星欧罗巴的冰下海洋。

‌2. 霍奇逊湖（Lake Hodgson）‌

‌位置‌：南极洲冰盖退缩边缘

‌深度‌：最大水深93米

‌微生物特性‌：

湖底3.2米深的沉积层中发现放线菌和变形菌等类群的微生物DNA片段，其中约23%的DNA序列无法与已知物种匹配。

沉积物形成于约9.3万年前（误差±9000年），证实存在嗜极生物。

‌科学意义‌：

首次确认南极冰下湖存在嗜极生物，揭示极端环境下微生物群落的生物多样性。

为研究冰盖历史和气候变化提供关键证据。

‌3. 南极东湖（Lake Vostok）‌

‌位置‌：东南极内陆俄罗斯沃斯托克站下方约4000米厚的冰层中

‌规模‌：平均水深432米，储水量5400立方千米

‌微生物特性‌：

湖水为氧气的过饱和溶液，含氧量约为一般淡水湖泊的50倍。

虽未直接提及微生物群落，但作为南极最大冰下湖，其极端环境被认为可能存在独特微生物生态系统。

‌科学意义‌：

与外界隔绝数百万年，为研究生命在极端条件下的进化提供重要场所。

对探索冰流动态、基底水文过程和生物地球化学通量调节具有重要价值。

‌4. 泰勒冰川“血瀑布”相关水体‌

‌位置‌：南极麦克马多干河谷泰勒冰川

‌微生物特性‌：

微生物能新陈代谢出铁和硫化物，在没有外部碳源输入的冰下环境存活可能数百万年。

基因测试显示，这些微生物类似今天海洋环境中的微生物，但长期生活在极端环境中已发生适应。

‌科学意义‌：

为火星极地冰冠下的环境提供模拟条件，研究地外生物学的重要点。

揭示生命在零下10摄氏度、高盐环境下的生存策略。