在阿塔卡马沙漠极端干旱核心区域发现隐生内生微生物群落的第一个证据是在Yungay地区的岩盐（NaCl）岩石中发现了异常的隐生内生菌落[1]，该地区被认为是沙漠中最极端的干旱地带之一。内部菌落区呈现为深灰色至黑色或绿色层，通常厚度几毫米。
阿塔卡马沙漠沿智利太平洋海岸线南北延伸约1000公里。沙漠的极端干旱区域位于阿塔卡马沙漠中部，大约在22°S至26°S之间，年平均降水量<1毫米[2]，因此被认为是地球上最干燥的地方之一[3],[4]。过去有报道指出，这种极端干旱地区的土壤中几乎不存在自养生物[5],[6]，而Yungay地区曾被认为是光合生物的生存极限[7]。然而，后来在该地区发现了岩盐内生微生物菌落[1],[8],[9],[10]。这种隐生内生菌落的形成得益于岩盐的吸湿性，这种性质促进了水分在其纳米多孔结构中的凝结。因此，液态水可以在相对湿度下在这些结构内部凝结[11],[12],[13]。同时，岩盐外壳对阳光中的光合有效辐射（PAR）是半透明的，并且当以小蒸发岩晶体的聚集体形式存在时，会散射紫外线[14]。
拉曼光谱是一种强大的非破坏性工具，可用于研究与极端环境光合生物相关的生物分子，特别是在色素分析方面[15],[16],[17],[18]。2010年首次发表了关于栖息在阿塔卡马岩盐中的隐生内生微生物群落的拉曼光谱特征研究[8]。在该研究中，从极端干旱的Yungay地区岩盐中的隐生微生物获得的拉曼信号与受沿海雾（camanchaca）影响的Salar Grande地区的岩盐信号进行了比较。分析依赖于针对岩盐基质中视觉识别的微生物细胞和矿物杂质的详细单点拉曼测量。补充的X射线衍射（XRD）确认了矿物组成。
基于上述研究以及我们在阿塔卡马沙漠内生系统方面的长期经验，我们利用新一代拉曼仪器（包括3D拉曼成像）提供了关于Yungay地区岩盐中微生物生态系统的新见解。这还结合了先进的大场荧光显微镜和基于计算机断层扫描（CT）的岩盐尖塔内部结构的3D可视化技术。
塑造岩石结构的最重要因素之一是孔隙度，即总孔隙体积与岩石体积的比率以及孔隙大小的分布。岩石孔隙度是一个关键的物理属性，因为它提供了关于孔隙空间组织和连通性的重要信息。我们展示了通过X射线计算机断层扫描获得的数字图像，并将这些数据与同一岩石的荧光显微镜图像进行了比较。这些结果共同为理解岩盐的生物可接受性提供了基础，这取决于其特定的结构特征。
Scytonemin是一种有效的紫外线屏蔽色素，可以保护蓝细菌免受光抑制和光氧化损伤[19]，最初是通过使用785纳米激发线的拉曼光谱在Yungay地区的岩盐外壳中检测到的[8]。后来使用相关的拉曼光谱和先进的显微镜方法对该地质生物系统中的色素进行了详细研究[9]。Scytonemin分子（分子量=544）的结构由吲哚和酚类亚单位组成，这些亚单位通过一个烯烃碳原子连接在一起，形成了Proteau等人称之为“scytoneman骨架”的独特环系统[20]。纯化后的scytonemin的吸收峰位于386、252、278和300纳米[20],[21]，并且其吸收范围还延伸到可见光谱的更低波长。
这种色素仅由特定的蓝细菌菌株合成[20],[22],[23],[24],[25]。这种黄棕色色素可溶于脂质，形成于包裹蓝细菌细胞的细胞外鞘中[19],[21],[26]。该色素最初由Nägeli在1849年描述[27]，后来被命名为“scytonemin”[28]。它存在于多种蓝细菌物种中，据信起源于一个共同的祖先或该群体的早期代表[19]。基因组分析表明，负责scytonemin生物合成的基因在不同进化谱系的蓝细菌中得到了很好的保守[29]。
Scytonemin的合成来源于芳香氨基酸代谢途径中的中间产物。实验研究表明，在实验室条件下，UV-A辐射是诱导蓝细菌产生scytonemin的主要环境因素[19]。相比之下，相同强度的蓝光、绿光或红光并不会显著触发其合成。此外，Dillon和Castenholz[24]报告了scytonemin在Chroococcidiopsis和Calothrix等蓝细菌物种中暴露于UV-C辐射时的保护作用。他们认为，在前寒武纪时期，由于大气中缺乏氧气和臭氧，scytonemin对蓝细菌群落具有重要的保护作用。
最近的研究表明，在相同的光照条件下，Chroococcidiopsis UAM571菌株（从阿塔卡马沙漠的石膏岩中分离得到）中的scytonemin生物合成会受到NaCl浓度增加的刺激[30]。作者报告称，当盐度达到20克/升NaCl时，scytonemin的含量比无NaCl培养的细胞高出50倍以上。
本研究的目的是扩展我们对极端干旱环境中栖息于岩石中的微生物适应策略的了解，特别是关注保护性色素的组成及其在矿物基质中的空间分布。这主要得益于化学成像技术，使得(a)能够进行大规模样本扫描；(b)在细胞水平上进行详细3D扫描；(c)同时获取有机和无机信息并将其联系起来。
从极端干旱的阿塔卡马沙漠微生物生态学的角度来看，这项研究具有重要意义，特别是关于岩盐中的内生栖息性，这是地球上一个独特而特殊的栖息地。这些蒸发岩由于其吸湿性，能够促进水分的凝结和毛细作用，为微生物提供了在其他情况下无法获得的液态水。通过表征这些岩石的孔隙度和结构特征，我们为理解这些“宜居岛屿”在地球上最极端环境中的功能提供了生物物理学基础。
