生命如何在极端的环境条件下生存？

为了生存，所有生命都需要满足一些基本的需求，包括水（或某些溶剂）、能量来源和基本的生物分子，如碳水化合物、蛋白质、脂肪和核酸（DNA）等

地球是广阔的。从炙热的沙漠到冷峻的冰川，再到全球各地纷繁复杂的生态环境，几乎所有地方都有一个共同点——生命。尽管人类无法舒适地在南极洲或撒哈拉沙漠生活，但这并不意味着没有生命可以在那里生存。你可能会惊讶地发现，在地球上一些最奇怪、最恶劣、似乎最不适宜生命存在环境中，也有许多生物在顽强生活着。

生命的形成需要什么？

为了生存，所有生命都需要满足一些基本的需求，包括水（或某些溶剂）、能量来源和基本的生物分子，如碳水化合物、蛋白质、脂肪和核酸（DNA）等。如果这些基本需求无法满足，生物体就没有足够的资源来生长，或是产生能维持生存的能量。因此，在每一种恶劣的环境中，生物都要具备能满足这些需求的适应能力。

但这还不是全部！为了更有利于生长，生物体需要进一步适应环境。这就相当于当你住在寒冷的国家时，就很有必要穿多一件毛衣。你可能会获得水、食物和住所等生存要素，但有了这件毛衣，你肯定会比没有毛衣过得更舒服。

生物如何在寒冷中生存？

对于微生物和动物，无论它们多么聪明，都无法为自己编织一件保暖的毛衣。相反，在漫长的进化过程中，它们发展出了神奇的适应能力。

以生活在世界最寒冷大陆上的企鹅为例。它们的身体天生就有保温的功能；它们的静脉缠绕在动脉上，使动脉内的血液保持略微温暖。最重要的是，当它们潜入寒冷的海水中捕猎时，它们的心率会降低15%，这有助于身体保存更多的能量，而这些能量又可以用来使身体产生更多的热量。甚至它们身上的羽毛也是密密麻麻地重叠在一起，保护它们免受刺骨的寒风和冰冷海水的侵袭。

其他北极动物，如北极熊、海豹和北极狐等，也有类似的特征。它们有更厚的皮毛，身体能产生更多的热量。

许多微生物也适应了在极端寒冷的环境中生存，它们被称为嗜冷微生物。这些微生物会产生果冻状的糖类物质，被称为胞外多糖，起着保护功能。一些细菌和真菌甚至制造抗冻蛋白，这些蛋白质能降低了水的冰点，使细胞内的水分不致结冰，从而避免了冰晶生长造成的破坏。

生物体如何在高温下生存？

那么，有没有嗜热的生物？在沙漠、火山附近和温泉里，生活着种类繁多的生物。它们是如何在高温环境下生存下来的？

对于生活在极端炎热气候下的生物，最重要的生存能力显然是保持水分。最著名的例子便是骆驼，它们在不喝水的情况下也能存活长达7个月。

一个常见的误解是骆驼在驼峰中储存水分，但事实并非如此。驼峰实际上是由很多脂肪组织组成的，当它们找不到其他食物时，就会把这些脂肪组织作为替代性的食物来源。

相比绝大多数生物，骆驼需要的水量更少。它们的血细胞可以储存更多的水分，其皮毛也可以防止出汗和流失水分。

仙人掌可以通过在茎部储存水分，以及刺状的叶子来防止水分通过蒸腾流失，以此来适应沙漠环境。它们的根很细，但覆盖的范围很广，这使它们能够吸收周围环境中可能寻找到的少量水分。

微生物在沙漠中生存的方式是几乎整年不活动，除了下雨的时候。

除了沙漠，微生物甚至可以在热液喷口附近生存。这些喷口是位于海洋深处的小型裂缝，大约122摄氏度的热水源源不断地从这些裂缝中泵出。生活在热液喷口或火山等地方的微生物被称为超嗜热生物。

超嗜热生物的细胞膜更有柔韧性，流动性更强，使得较高温度的水可以更快地进出细胞膜。丁酸栖高温菌（Hyperthermus butylicus）和坎德勒氏甲烷嗜热菌（Methanopyrus kandleri）是超嗜热生物中研究较多的两个例子。

可以想象，在海底深处或火山附近很难获得富含能量的营养物质。因此，这些微生物通过化学反应利用它们周围的元素，以产生生存所需的能量。例如，某些微生物可以利用硫、铁、甲烷或氢来产生能量，它们被广泛地称为化能合成微生物。

生命还能在哪里生存？

除了那些炎热和寒冷的地区，地球上还有很多其他地方的环境条件同样恶劣，但仍然充满了生命。这些环境包括极端pH环境或极高盐含量的环境，如死海。

在一些矿井附近，我们偶尔会发现被称为矿井排水的水体，其酸性极强。岩石中的酸性元素，如硫化铁等，会与氧气和水反应，使这些水体呈酸性。这种酸性很强，甚至可以溶解重金属。大型动物无法在这样的有毒环境中生存，但微生物可以。

这些微生物被称为嗜酸生物，如醋酸醋杆菌（Acetobacter aceti），它们能通过在体内产生稍微多一点的碱性蛋白质并泵出质子（氢离子）来维持pH水平。这种能力有助于中和环境的酸性。最重要的是，组成嗜酸生物细胞的蛋白质碱性更强，同样有助于中和它们周围的酸性环境。

对于喜碱性的微生物而言，情况恰好相反。它们会向体内泵入氢离子以中和环境的碱性，它们的细胞蛋白质也更偏向酸性。

即使是海洋最深、最黑暗的地方也能孕育生命。在地壳下10公里的地方，也有微生物适应了没有阳光和缺乏空气的生活。甚至在非洲金矿地下3公里处挖掘出来的岩石上，也发现了特殊的生命形式！

结论

读完这篇文章，你一定在想，“哇，生命真的可以在任何地方生存！”正是这种想法让科学家们对外星生命感到困惑。也许在月球、火星或其他太阳系天体上，可能存在着某些尚不为人知的生命形式。当然，我们不可能是宇宙中唯一的生命形式，对吧？

诚然，能够在如此恶劣的环境中生存的大多是微生物。对于像动物这样的复杂生命形式而言，在极端的温度和压力下生存是更加困难的挑战。理论上，任何有水（或类似溶剂）和能源的行星都应该能够维持生命。科学家已经对极端微生物及其生存机制进行了大量研究，如果能最终破解它们的生存密码，或许就能解释其他生命形式会如何在宇宙的其他地方生存。当然，我们不知道那里的生命是否会像地球上的生命一样，但可以肯定的是，它们会一样有趣！（任天）