依靠冰川下的氢为生的微生物-但是氢从何而来？

蒙大拿州立大学研究生Eric Dunham。

蒙大拿州立大学的一个团队利用从全世界冰雪覆盖的栖息地收集的多年数据，发现了对支持冰原和冰川下微生物生命的过程的新见解，以及这些生物在通过冰维持生命的过程中的作用。年龄，也许在其他星球上看似荒凉的环境中。

密歇根州立大学农学院微生物学和免疫学系的博士候选人埃里克·邓纳姆（Eric Dunham）以及导师埃里克·博伊德（Eric Boyd）于2020年12月在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的发现。这项工作使用从加拿大和冰岛的冰川站点采集的沉积物样本，研究了水和微生物与冰川下面的基岩相互作用的方式。

“我们一直在这些系统中找到由氢气支持的生物，”博伊德谈到该项目的灵感时说。“起初没有任何意义，因为我们无法指出这些冰川下方的氢气来自何处。”

包括博伊德（Boyd）在内的一组研究人员后来发现，通过一系列物理和化学过程，由于冰川下的富含二氧化硅的基岩被其上冰的重量磨碎成微小的矿物颗粒，因此产生了氢气。当这些矿物颗粒与冰川融化水结合时，它们会释放出氢气。

博伊德（Boyd）和邓纳姆（Dunham）更加着迷的是，冰川下的微生物群落可以通过化学合成过程将氢气与二氧化碳结合起来，产生更多的有机物质，称为生物质。化学合成类似于植物通过光合作用从二氧化碳中产生生物质的方式，尽管化学合成不需要阳光。

为了进一步了解这些化学合成微生物的作用，邓纳姆使用了来自加拿大和冰岛冰川的沉积物样本。他在实验室中沉积物中发现了活生物体的样本，并在几个月内观察它们，看它们是否会在模拟环境中继续生长。

“我们感兴趣的生物依靠氢气作为食物来生长，而且大多数也是厌氧菌，这意味着氧气会杀死它们。”邓纳姆说。他来自比林斯，目前正进入他的博士研究的最后一个学期。“准备这些实验的最关键步骤之一，也是最容易引起压力的步骤，是将这些样品放入瓶中并尽可能快地冲洗掉所有氧气，因此我没有杀死正在尝试研究的生物。 ”

经过数月的准备和观察微生物培养，邓纳姆（Dunham）发现，不仅可以在实验室环境中追踪社区的生长，而且冰川下的基岩类型会影响产生的氢气量，进而导致适应更适合代谢氢的微生物群落。来自位于玄武岩基岩上方的冰岛科特卢伊冰川冰川的样本产生的氢气比来自加拿大艾伯塔省罗伯逊冰川的样本产生的氢气要多得多，后者下方有碳酸盐岩。

博伊德说，当微生物利用氢气产生能量时，它们还将二氧化碳从空气中吸出，从而产生生物质，繁殖并生长。“固定”碳的能力是关键的气候调节过程，这与植物的光合作用又有相似之处。

“考虑到冰川和冰原覆盖了当今地球的约10％，有时甚至超过了地球过去的大部分，因此微生物活动（如埃里克测得的活动）可能会对地球的气候产生重大影响，今天和过去，”博伊德说。“一段时间以来，我们就知道存在于冰盖或冰川下的微生物可以固定碳，但我们从来没有真正了解过。埃里克（Eric）的开创性工作表明，这些生物不仅可以完全自我维持，就可以产生自己的固定碳，而且不需要像我们熟悉的生物圈的其余部分那样需要阳光就能照做。 。”

在更远的地方观察我们太阳系中的其他行星时，博伊德指出，科学家在评估可居住性时寻找的两个关键要素是水和能源。新发现的知识是，自给自足的微生物群落可以通过产生氢气在冰冷的环境中蓬勃发展，这是朝着确定其他星球上潜在宜居环境迈出的关键一步。

他说：“有很多证据表明其他行星上有冰和冰川。”“他们可居住吗？我们不知道在基岩与Eric研究的行星相似的行星上，是否会有微生物生活在冰盖下？绝对地。没有理由不这样认为。”

对于邓纳姆（Dunham）来说，在转入生物地球化学之前，他的大学和文凭课程的研究重点是健康科学和病毒学，这项新发现最有意义的部分是探索各种地球过程如何相互融合并以科学界才刚刚开始释放它们的方式相互影响。

参考：Eric C. Dunham，John E. Dore，Mark L.Skidmore，Eric E. Roden和Eric S.Boyd的“成岩氢支持冰下和冰川环境中的微生物初级生产”，美国国家科学院院刊，2020年12月21日。 .DOI：
10.1073 / pnas.2007051117