然而，尽管地下水在全球范围内普遍存在，而且具有至关重要的意义，但人们对生活在地下水中的生物以及它们如何生存的了解仍然很少。

海洋生物实验室(MBL)的微生物生态学家埃米尔·拉夫(Emil Ruff)最近领导的一项调查发现，古代地下水不仅蕴藏着多样化和活跃的微生物群落，而且还蕴藏着数量惊人的微生物细胞。引人注目的是，这些微生物中的一些似乎产生了如此丰富的“暗氧”(在没有阳光的情况下)，以至于氧气不仅可以滋养这些微生物，还可以泄漏到环境中，支持其他不能自己产生氧气的依赖氧气的微生物。这项研究今天发表在自然通讯。

“在做研究时，经常会发现令人惊讶的结果;我们对宇宙所知甚少。”“但发现氧气这样完全出乎意料的东西，似乎是在我们脚下深处永久的黑暗中产生的，这是一个亮点。”一开始我们以为我们污染了所有的样本，但进一步的分析支持了含水层内的气体来源。”

这项研究调查了138个地下水样本，这些样本取自加拿大阿尔伯塔省8万多平方英里大草原下的14个含水层，面积是爱尔兰的三倍。目的是研究广泛的含水层环境的生物地球化学和微生物生态学。

卡尔加里大学的合著者马克·莫瑞斯说:“深氧泄漏到地下水中可能会对气候变化研究产生非常重要的影响。”“我们有迹象表明，微生物利用地下水中的氧气来消耗甲烷，这是一种温室气体。特别是在阿尔伯塔省，甲烷在地下水中很常见，可能会从地下泄漏到大气中。我们现在将试图了解这些微生物是否阻止了甲烷的排放，以及阻止了多少甲烷的排放。”

令人惊讶的是，研究小组在较古老的地下水样本中发现的微生物细胞明显多于较年轻的地下水样本，这表明这些古老的地下水已经随着时间的推移而进化，为微生物的生长提供了能量。这一发现与之前对地下海洋和陆地生态系统的研究相反，这些研究发现微生物细胞密度通常随着深度的增加而降低，可能是由于能量限制。

“在显微镜下对细菌细胞进行计数需要极大的耐心和技巧，而且很少对大量样本进行计数。”然而，当伊莎贝拉·赫拉贝·德·安吉利斯(Isabella Hrabe de Angelis)作为项目学生加入鲁夫博士的团队时，她就是这么做的，在显微镜下花了数百个小时。正是由于这项努力，我们才能证明这些地下水实际上是富有成效的生态系统，而每个人都认为它们是地下的‘沙漠’，通常缺乏营养和能量。”

这项研究的合作者来自加拿大卡尔加里大学;马克斯普朗克化学研究所，德国美因茨;伍兹霍尔海洋研究所，阿尔伯塔环境和保护区，加拿大卡尔加里。

氧气或死亡

氧气对人类、大多数动物和许多微生物的生命至关重要。到目前为止，地球上的大多数氧气都是通过光合作用产生的，在光合作用中，植物和微生物利用阳光作为能量来源吸收二氧化碳以促进生长。因为这些氧气并没有被植物和微生物自己全部消耗，经过千万年，它可能会在大气中积累，在那里人类和其他依赖氧气的生物可以获得氧气。

然而，有一些鲜为人知的化学和微生物过程可以在没有光的情况下产生氧气。在一种情况下，微生物将一氧化氮分解为氮和氧，在另一种情况下，它们将亚氯酸盐分解为氯化物和氧。这些过程，也被称为微生物突变，被认为是非常罕见的，只在微观尺度上相关，产生的氧气立即被消耗。

然而,飞边等人。发现证据表明，这种产氧微生物在地下水生态系统中可能非常丰富和活跃。事实上，它们如此丰富和活跃，以至于它们似乎向周围环境泄漏了大量的“暗氧”，导致其积累。类似于通过光合作用在大气中积累氧气，这种地下过程可能使依赖氧气的微生物生存和繁衍。

Ruff说:“利用氧气进行呼吸释放出大量的能量，生物体可以利用这些能量来生长和繁殖。”“这并不奇怪，基本上所有可以用肉眼看到的动物都需要氧气，包括昆虫、软体动物和脊椎动物。没有氧气，它们无法维持这么大的身体。同样，我们认为我们在地下水中发现的大量微生物是通过氧气释放的能量来维持的。这一发现挑战了我们目前对地球地下生态系统的理解。”

本研究的地下水样本来自加拿大艾伯塔省环境和保护区维护的地下水观测井网络，该网络收集了来自艾伯塔省不同含水层和地区监测井的250多个采样点的地下水地球化学数据，代表了各种地球化学制度和地下水年龄。

阿尔伯塔省拥有重要的石油、天然气和煤炭储量，在石油和煤炭勘探与开发方面得到了广泛的研究。