在大自然的運行中，無論是從灰燼中重生的森林，還是被風雨殖民的新島嶼，生命始終遵循著不斷更新的時鐘。亞利桑那大學的研究人員捕捉到一個罕見的過程，展示了生命如何在全新環境中佔領地盤。通過對新鮮熔岩流的採樣，該團隊發現了地球上最小的生物如何征服新領土的驚人變化。這種殖民現象顯示，即使在最惡劣、最缺乏營養的地貌中，生命幾乎可以立即扎根。亞利桑那大學月球與行星實驗室的博士生Nathan Hadland表示，「首批殖民者是這些能夠在初始條件下生存的微生物，這沒有更好的形容詞了。」他補充道，「因為那裡水分不多，營養成分也非常稀少，即使下雨，這些岩石也會迅速乾燥。」
科學的進步依賴於重複性。通常，自然災害如火山爆發是混亂且獨特的，這使得重複研究變得困難。然而，該團隊在冰島的Fagradalsfjall火山找到了獨特的機會，能夠將三次火山爆發視作一個活的實驗室進行研究。每次事件都會用新的熔岩流覆蓋周圍的苔原，有時候還會覆蓋到先前的沉積物，這為研究生命如何在新鮮岩石上進行殖民提供了罕見且可重複的機會。Hadland指出，「從地面冒出的熔岩溫度超過2,000華氏度，因此顯然它是完全無菌的，我們可以了解微生物如何在其中殖民。」
為了追蹤微生物的來源，研究人員分析了新鮮熔岩、雨水、空氣顆粒和附近土壤中的DNA。此外，研究人員還利用機器學習技術來映射微生物如何從環境中遷移到無菌的貧瘠岩石上。最初，這些單細胞的先驅者主要來自當地。Hadland解釋說，「早期的殖民者主要來自被風吹到熔岩表面的土壤以及沉積的氣膠。」但隨著冬天的到來，微生物的多樣性在最初激增後，卻在第一次冬季中迅速下降，因為惡劣的條件篩選出只有最具韌性的物種。隨著這種死亡潮的過去，社區逐漸穩定，越來越多的微生物是通過雨水而非僅僅依靠風中的塵埃或土壤而來。
這項發現突顯了一個引人入勝的大氣循環。微生物通常作為雲凝結核，這些微小的支架使水蒸氣聚集並形成水滴。這些看不見的生物實際上可能在構建它們最終隨著雨水回落到地球上的雨滴。共同作者Solange Duhamel表示，「看到冬季後這一巨大變化真的很驚人。而且在三次不同的火山爆發中，它的可重複性和一致性讓我們沒有預料到。」
這些研究結果不僅解釋了冰島的地質，還提供了一個生物學藍圖，幫助理解生命如何可能曾經在火星的火山地形上扎根。火星的表面大部分為玄武岩，這是由與冰島或亞利桑那相似的火山過程形成的。Duhamel表示，「雖然火星現在相對安靜，但它的歷史是由熔岩書寫的。火山活動為系統注入大量熱量，並釋放揮發性氣體；它可以融化表面下的冰凍水。」因此，古代的噴發可能創造了適合生命生存的短暫條件。該團隊正在為未來的任務編寫指南，以了解微生物如何利用新鮮熔岩，以及它們留下的生物足跡（生物標誌），以確定生命曾經繁榮的地點或可能仍然隱藏的地方。這些新發現已發表在《自然通訊生物學》期刊上。
