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)是通過使用空氣中的氫作為燃料而生存的。通過基因分析，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。
這些令人難以置信的微生物來自南極洲東部麥凱冰川北部的無冰沙漠土壤。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99%的含rubisco的細(xì)菌無法捕捉陽光。相反，它們執(zhí)行一個(gè)叫做化學(xué)合成的過程。
它們使用無機(jī)化合物，如氫氣、甲烷和一氧化碳等氣體，而不是依靠陽光將二氧化碳轉(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)菌通過與氧氣結(jié)合的化學(xué)過程從氫、甲烷和碳中獲得能量，這一過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)碳來維持整個(gè)社區(qū)。其他細(xì)菌可以通過“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)菌來說是一個(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。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”。
原標(biāo)題：南極細(xì)菌靠空氣生存，并以氫為燃料制造水
掃描關(guān)注微信
寧德時(shí)代吳凱...
天合光能陳奕...
劉巖: 追光行...
黃震院士：大...