在东方站下面的冰层中寻找生命
自1976年以来Vostok站一直致力于解决生命物质是否存在于沃斯托克湖．第一批用于生物(实际上是微生物)分析的冰芯是由俄罗斯科学院微生物研究所的阿比佐夫博士在东方站采集的，他回收了第一批冰芯。一个便携式微生物钻探装置和一个无菌取样和冰芯分析的实验室被建造。一个小的结构(9米x 3.7米，2.5米高)安装在一个雪橇上，位于离车站400米的西边(与主风向相反)。微生物室配备了电热(后来的机械)钻头。在开始钻孔之前，采取了一些程序对钻头及其部件进行消毒(图7.7)。微生物学的岩心钻孔只能从这个结构中进行。从岩心中提取样品，并使用为此目的而建造的特殊设备将其内部部分取出(图7.8)。
发现了微生物，从岩芯中提取的样品被提取到2570米深处。解冻的样品放在无菌烧瓶中，立即密封并冷藏。烧瓶被送到研究所的实验室，在无菌室中打开，其内容物接种到各种营养介质中。部分样品通过孔径为0.2 ^m的过滤器，以沉淀超过过滤器孔径的微生物群、其他生物和各种颗粒。还使用了荧光法和扫描电镜。在几层面上发现了几种微生物，包括那些属于不同分类组的微生物，其特征是有相当大的差异
图7.7。微生物的外壳深层钻井在Vostok站(改编自Abizov, 2001): I -钻孔段，II -微生物段，III -入口，IV -清洗空间，1 -钻孔口，2 -绞车，3 -钻孔控制，4 -地基钻井平台、5 -工作台、6 -储箱用于无菌提取冰芯样品7 -无菌冰样分析箱，8 -工作台，9 -恒温器，10 -热汽锅，11 -水箱。
图7.7。微生物深层钻探的住房在Vostok车站(改编自Abizov, 2001): I -钻井部分,II -微生物部分,III -条目,IV -洗涤空间,1 -钻孔的口,2 -绞车,3 -钻井控制,4 -钻井平台的基础,5 -表6 -无菌抽取的冰芯样本存储箱,7 -框无菌冰样本分析,8 -工作表,9 -温控器,热蒸汽锅,10 - 11——坦克。
图7.8。一种冰芯站冰样品的无菌提取装置(改编自Abizov, 2001): 1 -冰芯，2 -加热器，3 -无菌融水管，4 -集水杯，5 -加热元件支架，6 -破环装置，7 -冰芯支架，8 -无菌瓶。
形态多样性。原核微生物(各种形状和大小的细菌)在整个岩芯中都被发现。图7.9显示了位于1500至2500米深度的古代冰芯的这些特征(Abizov et al, 1998b)。
Abizov博士利用将样品接种到营养介质中的结果表明，这些层的微生物区系主要由孢子形成细菌组成(Abizov, 1993)。代表大多数谷物阳性细菌的孢子形成细菌的营养细胞可能特别耐寒，能够长期复苏，并保留其重要功能(Abizov, 1993)。在1m3冰中不同层位的微生物细胞数量在0.8 × 10~3 ~ 10.8 × 10~3之间。
图7.10 (Abizov, 1998b)显示了不同深度冰样中微生物和粉尘颗粒的定量分布，对应着不同年龄的冰。就深度而言，这些生物的数量分布似乎没有明确的规律。然而，冰川学研究的尘埃粒度分布沿冰芯长度的变化表明，沙尘浓度的波动取决于气候条件的波动(Jouzel et al.， 1993)。
阿比佐夫博士根据数据得出结论，微生物细胞存在于东方站以下冰盖1500 - 2759米深处，并已存活11万至24万年，首次证实了微生物可以存活
图7.9。沃斯托克站以下古冰原的微生物区系:(a-e)和(g)荧光和(i)电子显微镜，(a)细菌细胞，(b)放线菌细胞碎片，(c)出芽和分裂的酵母，(d)部分裂解的真菌菌丝(上一行)和各种真菌的分生孢子(下一行);(e)和(f)微藻，(g)尘埃颗粒吸附细菌(改编自Abizov et al，， 1998b)，
图7.9。沃斯托克站以下古冰原的微生物区系:(a-e)和(g)荧光和(i)电子显微镜，(a)细菌细胞，(b)放线菌细胞碎片，(c)出芽和分裂的酵母，(d)部分裂解的真菌菌丝(上一行)和各种真菌的分生孢子(下一行);(e)和(f)微藻，(g)尘埃颗粒吸附细菌(改编自Abizov et al，， 1998b)，
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- 年龄(1000年)
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- 图7.10。微生物和尘埃颗粒沿东方站冰芯长度(年龄)的分布(改编自Abizov等人，1998b)。(a)气raybet雷竞技最新候变化，(b)岩心微生物细胞浓度，(c)岩心粉尘颗粒浓度。
在这段时间里，它们在南极冰盖上以复苏的状态存在，并保留了重要的功能。然而，活细胞的数量随着深度(和年龄)的增加而减少，并且与同一层完整细胞的总数无关(图7.11)。
在冰盖底部发现的吸积冰为沃斯托克湖水的微生物研究开辟了道路冰芯研究(Priscu et al.， 1999;Karl et al.， 1999;阿比佐夫等人，2001;Bulat et al.， 2001)，因为在钻孔底部和冰/湖水界面之间还有130米的冰盖。然而，污染湖泊的危险是阻碍进一步钻探的主要问题。
有证据支持在增积冰层中存在两个不同的层。上层70米(3538 - 3609m)含有可见矿物
深度，m 100 3000
200 7000
300 12000
600 35000
1500 107000
图7.11。不同类型的重要微生物百分比随冰芯深度(和年龄)的降低(改编自Abizov, 2001): 1 -非孢子形成细菌，2 -孢子形成细菌，3 -酵母，4 -菌丝体蘑菇，5 -重要微生物总数的变化。
深度，m 100 3000
200 7000
300 12000
600 35000
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图7.11。不同类型的重要微生物百分比随冰芯深度(和年龄)的降低(改编自Abizov, 2001): 1 -非孢子形成细菌，2 -孢子形成细菌，3 -酵母，4 -菌丝体蘑菇，5 -重要微生物总数的变化。
包裹体被认为是在汹涌的湖水上吸积的(Wuest和Carmack, 2000)。同位素和气体含量数据(Souchez et al.， 2000;Lipenkov和Istomin, 2001)认为，湖冰上部部分的形成伴随着液态水包裹体的捕获和随后的冻结(所谓的“水袋”)。另一方面，冰中极低而均匀的气体含量，以及在吸积冰层的下部(从3609 - 3623米，可能一直到冰水界面)没有矿物包裹体，排除了液态水袋形成在冻结过程中的重要作用。Vostok冰层最深的^140米部分可能是在湖水对流非常低的最大水深处吸积的(Wuest和Carmack, 2000)。与此相一致的是，无论是气体含量还是浓度主要的离子被发现在吸积冰的上层比下层高几个数量级。
前面已经提到，从不同的视界对这种吸积冰的初步研究表明，在冰芯中存在不同的微生物。这些微生物的数量和多样性在每个不同的层位上都是不同的，并与冰样品中的有机和无机夹杂物相关，但没有明显的证据表明，在吸积冰中生物的数量和类型与冰川起源的冰有显著差异。
对积冰的研究包括研究湖水的化学成分以及沃斯托克湖中可能存在的生物和生物类型。从吸积冰研究数据的外推可能会受到质疑(例如，通过大冰晶结构不寻常的颗粒生长导致低孔隙率，这限制了液体进入晶格)．这意味着晶界处的流体可能不能代表大质量中的化学杂质
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- 图7.12。来自东方站钻孔下部的积冰中的细菌细胞(改编自Priscu等人，1999年)。扫描电子显微镜(A-E)和原子力放大(F)下的细胞(箭头所示)。
(Montagnat等，2001)。因此，利用增积冰成分来预测湖泊水的成分必须谨慎看待。然而，模型预测活跃的微生物组合应该能够存在于冰粒之间的脉状和间隙中。
在增积冰中检测到许多微生物，数据显示细菌多样性较低，检测到的DNA是典型的现代DNA (Priscu et al.， 1999;Karl et al.， 1999)。图7.12显示(箭头)Priscu等人(1999)使用扫描电子显微镜(图7.12(a - e))和原子力显微镜(图7.12(F))鉴定出的细菌细胞。
然而，对这种冰的分子生物学研究(Bulat et al.， 2001)表明，在积积的冰中几乎没有微生物，迄今为止检测到的大多数微生物可能与钻井液污染和岩心处理有关。“超清洁”技术获得的一些新数据表明，以前报告中的细菌密度可能被高估了一个数量级。研究还表明，冰川和吸积冰中存在许多病毒，这些病毒表现出各种不同寻常的形态。这些病毒颗粒的来源尚不清楚，但鉴定它的DNA研究正在进行中。Siegert等人(2003)认为，在融水与更深的湖水混合之前，与吸积冰有关的微生物通过冰迁移并进入沃斯托克湖的表层水域，融水在吸积过程中迅速被吸收。一些分子生物学研究发现了一种细菌，其DNA与血友病细菌相似(Bulat et al.， 2001)，这表明沃斯托克湖可能存在热液活动。如果得到证实，它将为沃斯托克湖水域的预测提供新的思路(Bulat et al.， 2004)。
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