มนุษย์เพิ่งเริ่มคิดเกี่ยวกับการใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงาน แต่แบคทีเรียในแอนตาร์กติกาได้ทำเช่นนั้นมาเป็นเวลาหลายพันล้านปีแล้ว เราศึกษาแบคทีเรีย 451 ชนิดจากดินเยือกแข็งในแอนตาร์กติกาตะวันออก และพบว่าแบคทีเรียส่วนใหญ่ดำรงชีวิตโดยใช้ไฮโดรเจนจากอากาศเป็นเชื้อเพลิง จากการวิเคราะห์ทางพันธุกรรม เราพบว่าแบคทีเรียเหล่านี้แยกออกจากญาติของพวกมันในทวีปอื่นๆ เมื่อประมาณพันล้านปีก่อน จุลินทรีย์ที่น่าทึ่งเหล่านี้มาจากดินทะเลทรายที่ปราศจากน้ำแข็งทาง
ตอนเหนือของ Mackay Glacier ในแอนตาร์กติกาตะวันออก
พืชหรือสัตว์ชั้นสูงเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่สามารถเติบโตได้ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ ซึ่งมีน้ำอยู่น้อย อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ และฤดูหนาวที่ขั้วโลกจะมืดสนิท แม้จะมีสภาวะที่รุนแรง แต่จุลินทรีย์ก็เจริญเติบโตได้ แบคทีเรียหลายร้อยสายพันธุ์และเซลล์นับล้านสามารถพบได้ในดินเพียงกรัมเดียว ทำให้เกิดระบบนิเวศที่มีเอกลักษณ์และหลากหลาย
ดินที่เย็นยะเยือกของแอนตาร์กติกาทำให้บ้านที่น่าประหลาดใจสำหรับชุมชนจุลินทรีย์ที่หลากหลายซึ่งปรับตัวให้เข้ากับชีวิตในสภาวะที่รุนแรง Ian Hoggผู้เขียนจัดให้
ชุมชนจุลินทรีย์อยู่รอดได้อย่างไรในสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายเช่นนี้
ทางเลือกที่เชื่อถือได้สำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง เราค้นพบว่ามากกว่าหนึ่งในสี่ของแบคทีเรียในดินแอนตาร์กติกเหล่านี้สร้างเอนไซม์ที่เรียกว่า RuBisCO ซึ่งช่วยให้พืชใช้แสงอาทิตย์ในการจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศและเปลี่ยนเป็นมวลชีวภาพ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้สร้างคาร์บอนอินทรีย์ส่วนใหญ่บนโลก
อย่างไรก็ตาม เราพบว่ามากกว่า 99% ของแบคทีเรียที่มี RuBisCO ไม่สามารถจับแสงแดดได้ แต่จะทำกระบวนการที่เรียกว่าการสังเคราะห์ทางเคมีแทน
แทนที่จะอาศัยแสงอาทิตย์เป็นพลังงานในการเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นมวลชีวภาพ พวกเขาใช้สารประกอบอนินทรีย์ เช่น ก๊าซไฮโดรเจน มีเทน และคาร์บอนมอนอกไซด์ แบคทีเรียหาสารประกอบที่อุดมด้วยพลังงานเหล่านี้ได้จากที่ใด? เชื่อหรือไม่ว่าแหล่งที่มาที่น่าเชื่อถือที่สุดคืออากาศ! อากาศประกอบด้วยไนโตรเจน ออกซิเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ในระดับสูง แต่ยังติดตามปริมาณ
ของแหล่งพลังงานไฮโดรเจน มีเทน และคาร์บอนมอนอกไซด์
พวกมันมีอยู่เฉพาะในอากาศที่มีความเข้มข้นต่ำมาก แต่มีอากาศมากพอที่จะจัดหาโมเลกุลเหล่านี้ได้อย่างไม่จำกัดสำหรับสิ่งมีชีวิตที่สามารถใช้พวกมันได้
และอีกมากมายได้ แบคทีเรียในดินแอนตาร์กติกประมาณ 1% สามารถใช้ก๊าซมีเทนได้ และอีก 30% สามารถใช้คาร์บอนมอนอกไซด์ได้
ที่น่าทึ่งไปกว่านั้น การวิจัยของเราชี้ให้เห็นว่า 90% ของแบคทีเรียในดินแอนตาร์กติกอาจกำจัดไฮโดรเจนจากอากาศ
การทดลองของเราแสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียใช้ไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศแม้ที่อุณหภูมิ -20°C และพวกมันสามารถบริโภคได้เพียงพอต่อความต้องการพลังงานทั้งหมด
ยิ่งไปกว่านั้น ไฮโดรเจนยังสามารถให้พลังงานแก่การสังเคราะห์ทางเคมี ซึ่งอาจให้สารอินทรีย์คาร์บอนที่เพียงพอต่อการดำรงชีวิตของชุมชนทั้งหมด แบคทีเรียอื่น ๆ สามารถเข้าถึงคาร์บอนนี้ได้โดยการ “กิน” เพื่อนบ้านที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนหรือสารที่อุดมด้วยคาร์บอนที่พวกเขาผลิตขึ้น
น้ำจากอากาศเบาบาง
เมื่อคุณเผาผลาญไฮโดรเจนหรือเมื่อแบคทีเรียดึงพลังงานจากมัน ผลพลอยได้เพียงอย่างเดียวคือน้ำ
การทำน้ำเป็นโบนัสที่สำคัญสำหรับแบคทีเรียในแอนตาร์กติก พวกเขาอาศัยอยู่ในทะเลทรายที่แห้งแล้งมาก ซึ่งไม่มีน้ำใช้เนื่องจากน้ำแข็งที่อยู่รอบๆ เกือบจะแข็งตัวถาวร และความชื้นในดินจะถูกดูดออกไปอย่างรวดเร็วโดยอากาศแห้งและเย็น
ดังนั้นความสามารถในการสร้างน้ำจาก “อากาศที่เบาบาง” อาจอธิบายได้ว่าแบคทีเรียเหล่านี้สามารถดำรงอยู่ได้อย่างไรในสภาพแวดล้อมนี้เป็นเวลาหลายล้านปี จากการคำนวณของเรา อัตราการผลิตน้ำที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนนั้นเพียงพอที่จะคืนความชุ่มชื้นให้กับเซลล์แอนตาร์กติกทั้งหมดภายในเวลาเพียงสองสัปดาห์
ด้วยการใช้ “เศรษฐกิจไฮโดรเจน” แบคทีเรียเหล่านี้ตอบสนองความต้องการด้านพลังงาน ชีวมวล และความชุ่มชื้น นกสามตัว หินก้อนเดียว
เศรษฐกิจไฮโดรเจนสามารถดำรงชีวิตนอกโลกได้หรือไม่?
วิถีชีวิตที่พึ่งพาไฮโดรเจนที่เรียบง่ายของแบคทีเรียในดินแอนตาร์กติกกำหนดความเข้าใจใหม่ของเราเกี่ยวกับสิ่งที่จำเป็นน้อยที่สุดสำหรับชีวิตบนโลก นอกจากนี้ยังนำเสนอข้อมูลเชิงลึกใหม่ ๆ ในการค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก
ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในจักรวาล ซึ่งคิดเป็นเกือบสามในสี่ของสสารทั้งหมด เป็นองค์ประกอบหลักของชั้นบรรยากาศบนดาวเคราะห์ต่างดาวบางดวง เช่นHD 189733bซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์ 64.5 ปีแสงจากโลก
หากมีสิ่งมีชีวิตอยู่บนดาวเคราะห์ดวงนี้ ซึ่งสภาพอาจไม่เอื้ออำนวยเหมือนบนโลกส่วนใหญ่ การบริโภคไฮโดรเจนอาจเป็นกลยุทธ์การอยู่รอดที่ง่ายที่สุดและเชื่อถือได้มากที่สุด
“ตามน้ำ” เป็นมนต์สำหรับการค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก แต่แบคทีเรียสามารถสร้างน้ำจากอากาศได้อย่างแท้จริง บางทีกุญแจสำคัญในการค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลกคือการ “ตามไฮโดรเจน”
เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
