太陽透過它的光線賦予我們的星球生命,然而一些迷人的生命形式不需要它的光來生存。
有些微生物不利用光合作用在化學鍵中儲存能量,而是純粹依靠氫等無機分子的氧化來實現這一目的。
眾所周知,化學合成在 19 世紀就被推測為微生物的潛在能源,但直到深海熱液噴口周圍的生態系統被開發出來後才得到證實。發現在 20 世紀 70 年代。
從那時起,透過氧化無機化合物來獲取能量的方法就被認為是罕見的,僅限於極端的棲息地。
但來自海洋的最新研究表明,這種生存策略實際上從兩極到另一極都很豐富。
事實上,隨著陽光逐漸褪去黑暗,由澳洲莫納什大學研究人員領導的團隊發現了證據,顯示化學合成成為看不見的海洋微生物的主要生活方式。
“事實上,氫氣和一氧化碳在我們觀察到的所有區域都‘餵養’了微生物:從城市海灣到熱帶島嶼周圍,再到地表以下數百米,”說莫納什大學微生物學家克里斯‧格林寧。
“有些甚至可以在南極洲的冰架下找到。”
與陽光不同,氫分子是一種方便的能源,在整個空間中至少存在微量。多種多樣的生態系統,從大氣層到地表甚至地下。
在以前的 研究格林寧和他的同事已經證明,在世界上許多土壤中,能夠消耗氫的細菌培養物是「豐富、多樣且活躍的」——在許多方面,它們是整個食物鏈的基礎。
現在,他和一些研究人員已經證明這也適用於深海。
他們的研究首次調查了公海中的細菌是否可以使用氫氣作為燃料。這些發現是基於從大西洋、印度洋、太平洋和南大洋收集的 14 個海水樣本。
除了一個樣本外,研究團隊在所有樣本中都檢測到了微生物,這些微生物具有利用氫進行化學合成和光合作用所需的遺傳機制。
根據實驗室中微生物的活動,模型顯示它們的化學合成速率足以維持群落的生長和生存。
作者得出結論,氫必定是海水中細菌的重要能源,特別是對於那些生活在最深、最黑暗深處的細菌。
當不易獲得陽光時,氫氣的氧化是有用的,但它並非沒有代價。在鐵已經是一種珍貴商品的情況下,它需要對鐵進行投資。這意味著海洋細菌可能只在絕對必要時才使用氫氣作為燃料。
在海洋表面,微生物依賴陽光可能更有價值。然而,在黑暗中,可以打開一個開關。越靠近海底,鐵就越容易取得,而陽光卻變得稀缺。
能夠在化學合成和光合作用之間切換的海洋細菌在各個級別的海洋棲息地中繁殖時可能具有主要的競爭優勢。
這可能就是為什麼這些靈活的生命形式至今仍然如此豐富。
“第一個生命可能出現在深海噴口,使用氫而不是陽光作為能源,”推測綠化。
「令人難以置信的是,37億年後,海洋中如此多的微生物仍在使用這種高能量氣體,而我們直到現在才完全忽視了這一點。”
該研究發表於自然微生物學。