人类最近才开始考虑使用氢作为能源，但南极洲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气为燃料而生存。通过基因分析，我们还发现这些细菌在大约 10 亿年前与它们在其他大陆的表亲发生了分歧。
这些令人难以置信的微生物来自南极洲东部麦凯冰川以北的无冰沙漠土壤。在这种环境中，很少有高等植物或动物能够繁衍生息，那里可用水很少，温度低于零，极地的冬天漆黑一片。
尽管条件恶劣，微生物仍然茁壮成长。数以百计的细菌种类与数百万个细胞可以在一克发现土壤，使一个独特的和多样化的生态系统。
微生物群落如何在如此恶劣的环境中生存?
光合作用的可靠替代品
我们发现超过四分之一的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生物质。这个过程，光合作用，产生了地球上大部分的有机碳。
然而，我们发现超过 99% 的含有 RuBisCO 的细菌无法捕获阳光。相反，它们执行称为化学合成的过程。
他们不依靠阳光将二氧化碳转化为生物质，而是使用无机化合物，如氢气、甲烷和一氧化碳。
生活在空气中
细菌在哪里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，但也含有微量的能源氢、甲烷和一氧化碳。
它们仅以非常低的浓度存在于空气中，但空气如此之多，它为可以使用它们的生物体提供了几乎无限的这些分子供应。
而且很多都可以。大约 1% 的南极土壤细菌可以使用甲烷，大约 30% 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从空气中清除氢气。
细菌通过化学过程将氢、甲烷和碳与氧结合，从而从氢、甲烷和碳中获取能量，这种化学过程就像一种非常缓慢的燃烧。
我们的实验表明，即使在 -20°C 的温度下，细菌也会消耗大气中的氢气，并且它们可以消耗足够的能量来满足它们的所有能量需求。
更重要的是，氢可以为化学合成提供动力，这可以提供足够的有机碳来维持整个社区的发展。其他细菌可以通过“吃掉”它们以氢为动力的邻居或它们产生的富含碳的软泥来获取这种碳。
空气中的水
当您燃烧氢气或细菌从中获取能量时，唯一的副产品是水。
造水对南极细菌来说是一个重要的奖励。他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，土壤中的任何水分都会被干燥、寒冷的空气迅速吸走。
因此，从“稀薄的空气”中产生水的能力可以解释这些细菌如何能够在这种环境中存在数百万年。根据我们的计算，氢动力水的生产速度足以在短短两周内为整个南极细胞补水。
通过采用“氢经济”，这些细菌满足了它们对能源、生物质和水合作用的需求。三鸟一石。
氢经济能否维持外星生命?
南极土壤细菌的极简主义依赖氢的生活方式重新定义了我们对地球上生命最不需要的东西的理解。它还为寻找外星生命带来了新的见解。
氢是宇宙中最常见的元素，几乎占所有物质的四分之三。它是一些外行星大气的主要组成部分，例如HD 189733b，它围绕一颗距地球 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上的大部分地区那样好客，那么消耗氢气可能是最简单、最可靠的生存策略。
“跟随水”是寻找外星生命的口头禅。但鉴于细菌确实可以从空气中制造水，或许在地球之外寻找生命的关键是“跟随氢气”。
