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人類直到最近才開始考慮利用氫作為能源，但南極洲的細(xì)菌已經(jīng)這樣做了十億年。國(guó)外一研究團(tuán)隊(duì)研究了來(lái)自南極洲東部?jī)鐾恋?51種不同種類的細(xì)菌，發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)是通過(guò)使用空氣中的氫作為燃料而生存的。通過(guò)基因分析，他們還發(fā)現(xiàn)這些細(xì)菌在大約10億年前從其他大陸的表親中分離出來(lái)。
這些令人難以置信的微生物來(lái)自南極洲東部麥凱冰川北部的無(wú)冰沙漠土壤。很少有高等植物或動(dòng)物能在這種環(huán)境中茁壯成長(zhǎng)，那里幾乎沒(méi)有可用的水，溫度在零度以下，極地的冬天是漆黑的。
盡管環(huán)境惡劣，微生物依然茁壯成長(zhǎng)。在一克土壤中可以發(fā)現(xiàn)數(shù)百種細(xì)菌和數(shù)百萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，形成一個(gè)獨(dú)特而多樣的生態(tài)系統(tǒng)。
微生物群落如何在如此嚴(yán)酷的環(huán)境中生存?
是光合作用的可靠替代品
他們發(fā)現(xiàn)，超過(guò)四分之一的南極土壤細(xì)菌能產(chǎn)生一種叫做RuBisCO的酶，這種酶能讓植物利用陽(yáng)光捕獲空氣中的二氧化碳，并將其轉(zhuǎn)化為生物量。這個(gè)過(guò)程，光合作用，產(chǎn)生了地球上大部分的有機(jī)碳。然而，他們發(fā)現(xiàn)超過(guò)99%的含rubisco的細(xì)菌無(wú)法捕捉陽(yáng)光。相反，它們執(zhí)行一個(gè)叫做化學(xué)合成的過(guò)程。
它們使用無(wú)機(jī)化合物，如氫氣、甲烷和一氧化碳等氣體，而不是依靠陽(yáng)光將二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。
生活在空氣中
細(xì)菌從哪里找到這些富含能量的化合物?最可靠的來(lái)源是空氣!
空氣中含有高濃度的氮、氧和二氧化碳，但也含有微量的能源氫、甲烷和一氧化碳。它們只以非常低的濃度存在于空氣中，但空氣如此之多，它為能夠利用它們的生物體提供了幾乎無(wú)限的分子供應(yīng)。大約1%的南極土壤細(xì)菌可以使用甲烷，大約30%可以使用一氧化碳。
南極的細(xì)菌生活在空氣中，用氫作為燃料制造自己的水
更值得注意的是，他們的研究表明，90%的南極土壤細(xì)菌可以從空氣中清除氫。細(xì)菌通過(guò)與氧氣結(jié)合的化學(xué)過(guò)程從氫、甲烷和碳中獲得能量，這一過(guò)程就像一種非常緩慢的燃燒。他們的實(shí)驗(yàn)表明，即使在零下20°C的溫度下，細(xì)菌也會(huì)消耗大氣中的氫，它們消耗的氫足以滿足它們的所有能量需求。
更重要的是，氫可以為化學(xué)合成提供動(dòng)力，這可能會(huì)提供足夠的有機(jī)碳來(lái)維持整個(gè)社區(qū)。其他細(xì)菌可以通過(guò)“吃掉”它們的氫動(dòng)力鄰居或者它們產(chǎn)生的富含碳的軟泥來(lái)獲取碳。
空氣中的水
當(dāng)你燃燒氫氣，或者細(xì)菌從中獲取能量時(shí)，唯一的副產(chǎn)品就是水。制造水對(duì)南極細(xì)菌來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的好處。它們生活在極度干旱的沙漠中，在那里水是不存在的，因?yàn)橹車谋鶐缀跏怯谰脙鼋Y(jié)的，土壤中的水分會(huì)被干燥、寒冷的空氣迅速吸走。因此，從“稀薄的空氣”中產(chǎn)生水的能力可能解釋了這些細(xì)菌如何能在這種環(huán)境中存在數(shù)百萬(wàn)年。根據(jù)他們的計(jì)算，氫動(dòng)力產(chǎn)生的水的速度足以在兩周內(nèi)為整個(gè)南極細(xì)胞補(bǔ)充水分。
通過(guò)采用“氫經(jīng)濟(jì)”，這些細(xì)菌滿足了它們對(duì)能源、生物質(zhì)和水合作用的需求。三鳥一石。
氫經(jīng)濟(jì)能維持外星生命嗎?
南極土壤細(xì)菌的極簡(jiǎn)依賴氫的生活方式重新定義了他們對(duì)地球上生命所需的最低限度的理解。它還為尋找外星生命帶來(lái)了新的見解。氫是宇宙中最常見的元素，幾乎占所有物質(zhì)的四分之三。它是一些外行星大氣層的主要組成部分，比如HD 189733b，它圍繞一顆距離地球64.5光年的恒星運(yùn)行。
如果在這樣一個(gè)星球上存在生命，那里的條件可能不像地球上的大多數(shù)地方那么適宜生存，消耗氫可能是最簡(jiǎn)單和最可靠的生存策略。
“跟著水走”是尋找地外生命的咒語(yǔ)。但考慮到細(xì)菌確實(shí)可以從空氣中制造水，也許在地球之外尋找生命的關(guān)鍵是“跟隨氫”。
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