图片来源于研究人员
人类直到最近才开始考虑使用氢作为能源，但南极的细菌已经这样做了10亿年。我们研究了南极洲东部冻土中的451种不同种类的细菌，发现它们中的大多数以空气中的氢为能源生存。通过基因分析，我们还发现这些细菌在大约10亿年前从其他大陆的同类中分离出来。
这些不可思议的微生物来自南极洲东部的麦凯冰川以北的无冰沙漠土壤。那里很少有高等植物或动物生存，几乎没有可用的水，温度低于零度，而且极地的冬天漆黑一片。
尽管生存条件恶劣，微生物依然茁壮成长。一克土壤中可以生存着数百种细菌和数百万个细胞，共同形成了一个独特多样的生态系统。
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那么微生物群落如何生存在如此恶劣的环境中呢？
光合作用的可靠替代品
我们发现，超过四分之一的这些南极土壤细菌会产生一种叫做RuBisCO的酶，这种酶可以让植物利用阳光从空气中捕获二氧化碳，并将其转化为有机物。这个光合作用的过程产生了地球上大部分的有机碳。
然而，我们发现，含有RuBisCO的细菌中，超过99%的都无法捕获阳光。取而代之，它们进行的是化学合成过程。它们不需要依靠阳光将二氧化碳转化为有机物，而是使用无机化合物，如气体氢、甲烷和一氧化碳。
以空气为生
细菌在哪里才能找到这些富含能量的化合物？信不信由你，最可靠的来源是空气！空气中含有大量的氮、氧和二氧化碳，但也含有微量的能量来源：氢、甲烷和一氧化碳。
这些气体仅以非常低的浓度存在于空气中，但空气之多，足以提供几乎无限量的分子为这些生物体所用。
而且很多细菌都可以使用这些气体。大约1%的南极土壤细菌可以使用甲烷，大约30%的可以使用一氧化碳。更值得注意的是，我们的研究表明，90%的南极土壤细菌可能会以空气中的氢为食。
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细菌通过化学反应将氢、甲烷、碳与氧结合，从而获取能量，这个化学反应类似于一种非常缓慢的燃烧。我们的实验表明，即使在-20°C，细菌也能消耗大气中的氢，并且可以获取足够的能量来满足它们的所有需求。
此外，氢可以为化学合成提供动力，从而可能提供足够的有机碳来维持整个细菌群落的生存。其他细菌通过“吃掉”这些氢动力邻居或者它们产生的富含碳的软泥，来获取这种有机碳。
来自稀薄空气的水
当你燃烧氢，或者当细菌从氢中获取能量时，唯一的副产品就是水。生产水对南极细菌来说是一个重要的好处。它们生活在极度干旱的沙漠中，那里没有水，因为周围的冰几乎永久冻结，而且土壤中的任何水分都会被干燥、寒冷的空气迅速吸走。
因此，这种从“稀薄的空气”中制造水的能力，也许能解释这些细菌如何在这种环境中生存数百万年。根据我们的计算，氢动力水的生产率足以在两周内给整个南极细胞补充水分。通过“氢经济”，这些细菌满足了自己对能源、有机物和水合作用的需求，可谓一石三鸟。
氢经济能维持外星生命吗？
南极土壤细菌依赖氢的极简生活方式，重新定义了我们对地球生命最低需求的理解。这也为我们寻找外星生命带来了新的思路。氢是宇宙中最常见的元素，组成了几乎四分之三的物质。它是一些地外行星大气的主要组成部分，例如HD 189733b，它围绕着一颗距离地球64.5光年的恒星运行。
如果生命存在于这样一个星球上，那里的条件可能不像地球的大部分地方那样适宜，最简单和最可靠的生存策略可能就是消耗氢了。“跟着水走”是寻找外星生命的口头禅。但是考虑到细菌可以直接从空气中制造水，也许找到地球以外生命的关键是“追随氢”。
撰文：Pok Man Leung，莫纳什大学微生物学博士研究生；Chris Greening，莫纳什大学微生物学副教授；Steven Chown；莫纳什大学保护南极环境未来的主任。
翻译：魏书豪
审校：郭晓
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