冰川细菌依靠岩石和水产生的化学能繁衍生息

冰川厚度从不到四分之一英里到深度一英里（甚至更深）不等，冰川之下一片黑暗，微生物无法依靠阳光获取能量。相反，许多这种耐寒生物依靠岩石和水生存，科学家于 12 月 21 日在美国《美国国家科学院院刊》上报道说。融水与冰川侵蚀的矿物质发生反应时，会产生氢气，微生物可以利用氢气产生化学能。研究人员发现，与氢气含量较少的加拿大冰川溪流中的微生物相比，从富含溶解氢的冰岛冰川溪流中收集的微生物更适应利用这种气体。这一研究结果表明，类似的过程或许可以维持遥远的冰冻行星和卫星上的生命形式。

“冰岛系统中的生物群落完全习惯于使用氢气作为‘食物’来源，”蒙大拿州立大学博兹曼分校的微生物学家、新发现的合著者埃里克·博伊德 (Eric Boyd) 说道。“它们利用氢气来制造生物质，制造细胞材料。”

他说，当冰川碾过岩石地面时，会产生一种不稳定的二氧化硅（一种在自然界中以石英形式存在的化合物），这种二氧化硅可以与水发生反应产生氢气，并将周围的铁（存在于该地区的岩石中）变成铁锈。微生物利用这种氢气和铁锈来促进新陈代谢，并将大气中的二氧化碳转化为有机碳，类似于植物在光合作用过程中所做的那样。

博伊德和他的团队从冰岛和加拿大的冰川中采集了融水样本。冰岛的科特鲁冰川位于卡特拉火山顶部，那里盛产一种名为玄武岩的火山岩。玄武岩富含铁等多种矿物质。加拿大艾伯塔省罗伯逊冰川下的基岩含有石灰岩、页岩和砂岩。玄武岩的二氧化硅和铁含量高于加拿大冰川的岩石，这意味着科特鲁冰川的所有冰川磨蚀应该会产生更多的氢气。果然，研究人员发现，流过科特鲁冰川下玄武岩的融水所含的溶解氢比罗伯逊冰川的水高出约 10 倍。

研究人员随后将来自两个地点的微生物收集起来，放入冰箱中培养，并为它们提供氢气和二氧化碳。科特鲁冰川沉积物中的微生物数量较少，但它们开始吞噬营养物质的时间比加拿大冰川中的微生物要早，而且数量更多。“这就像，如果我摆好餐桌，人们需要多长时间才能出现并开始吃饭？”博伊德说。“这些生物……更经常看到氢气；它们不需要花很长时间才能来到餐桌旁，而如果你必须提高使用氢气的能力，它们就不需要花那么长时间。”

研究人员利用另一批来自冰岛的沉积物，通过提供氢气、铁锈和二氧化碳来诱导微生物生长。此前，利用氢气和铁锈以这种方式产生能量的细菌只在非常热或酸性的环境中发现，比如黄石国家公园的温泉。

地球约有 10% 的陆地被冰雪覆盖。“这是……一种我们知之甚少的庞大栖息地类型，”博伊德说。弄清楚微生物如何在这些栖息地生存，可以帮助我们了解过去的生命如何在地球历史上度过寒冷时期。“你可以想象这些冰下环境，无论是在冰川下还是冰盖下，都是在全球冰川期维持生物多样性的完美绿洲，”博伊德说。

这些环境可以让科学家了解生命形式如何在冰冷的天体上繁衍生息，例如土星的卫星土卫二，那里的水蒸气和氢气羽流从冰壳中喷出，或者在火星上，那里有一层与冰岛类似的玄武岩基岩。

“我们认为火星表面下有水冰，所以火星地下可能存在液态水，”博伊德说。“如果是这样，那么那里是否可能存在微生物，就像你在今天的冰岛发现的那样？”