海底熱泉是50年前發(fā)現(xiàn)的一種海底風(fēng)景。令人驚嘆的是，在這個(gè)超高壓，幾乎是地球上最神秘的區(qū)域，竟然也是豐富的生物圈。這樣一個(gè)特殊的生物圈和地球表面上完全不同，地球表面生物的能量來源幾乎都來自植物光合作用產(chǎn)生的化合物化學(xué)能，但這里沒有陽光，生物無法進(jìn)行光合作用。這里的生物竟然是利用氫氣為基礎(chǔ)能源，這里的海水中含有非常高濃度的氫氣，細(xì)菌利用這些氫氣產(chǎn)生ATP，并能把二氧化碳固定為有機(jī)物如甲烷，這樣不僅能給生物體系提供能量，也能提供構(gòu)建有機(jī)體的有機(jī)化合物。
 

海底熱泉的研究提示，地球生命早期就是利用氫氣完成的早期進(jìn)化。就是說氫氣是地球生命的催化劑。我曾經(jīng)說水是生命之母，氫氣是生命之父。意思就是這樣!
 

現(xiàn)在人們對(duì)這種特殊生態(tài)環(huán)境的代謝細(xì)節(jié)仍然不十分了解。這也吸引了許多學(xué)者對(duì)這一特殊現(xiàn)象的研究。最近有一篇這方面的綜述，重點(diǎn)對(duì)氫氣在這一生物圈的地位和相關(guān)氫氣代謝的轉(zhuǎn)錄組和基因組學(xué)研究進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，這些研究對(duì)于我們深入理解氫氣在整個(gè)生命體系中的重要地位，理解氫氣對(duì)生命調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)價(jià)值，都是十分重要的資料。
 

海底熱泉是研究地球上氫氧化微生物的最大寶庫。海底熱泉的一個(gè)重要特征是含有超高濃度的氫氣，氫氣的濃度可以達(dá)到數(shù)毫摩爾(1個(gè)大氣壓氫氣溶解度只有1mM)。因?yàn)樗疁馗哂谥車Ｋ?，造成這里的海水密度相對(duì)較低，浮力作用下這些熱海水會(huì)慢慢上升，這類似給冷水加熱產(chǎn)生對(duì)流的現(xiàn)象。隨著熱海水上升，和周圍海底的含氧氣的冷水產(chǎn)生混合，沿著水流方向附近周圍形成溫度和化學(xué)成分的橫向穩(wěn)定梯度。這些溫度和化學(xué)成分驅(qū)動(dòng)不同類型的細(xì)菌和古菌定居，這些細(xì)菌適應(yīng)不同的溫度、氧氣濃度和氫氣濃度。在這個(gè)系統(tǒng)中，氫氣被氧化為氫離子(質(zhì)子)釋放的能量是一種重要的無機(jī)能源，能提供非常高的能量(237 kJ/mol H2)，這種能量可以幫助微生物產(chǎn)生大量ATP，并能幫助自養(yǎng)微生物固定二氧化碳。所以，氫氣氧化微生物在海底熱泉生態(tài)系統(tǒng)中具有關(guān)鍵地位，因?yàn)檫@是生態(tài)系統(tǒng)利用環(huán)境能源的入口。因此對(duì)海底熱泉利用氫氣的氫氣氧化菌的分離和研究也成為海底熱泉生態(tài)系統(tǒng)的重要方向，測(cè)定這些細(xì)菌消耗氫氣的能力，研究氫化酶基因分布也成為重要研究?jī)?nèi)容。最近這一領(lǐng)域開始利用宏轉(zhuǎn)錄組和宏蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)開展氫氣代謝規(guī)律的研究。本綜述對(duì)這方面的研究進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，并對(duì)海底熱泉新技術(shù)進(jìn)行探討。