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生命生存离不开能量，生命能利用的能量包括光能和化学能，光合作用采集光能是生命能量的源头，但光合作用把光能以化学能的方式存储起来，化学能是生命利用能量的基本方式。在生命进化早期，并没有光合作用，生命只能利用化学能。化学能的本质是电子的转移，氧化还原反应是其基本的能量转化方式。在地球早期，氢气广泛存在，给生命进化提供了原始基本的能量供应或电子供体。因此有人说氢气是生命早的电子供体。

氢气在生命起源中具有重要地位。今天人们发现氢气具有广泛生物学效应，对动物和植物都具有很强的调节作用，甚至具有价值。但人们对氢气作用的分子基础仍然没有搞清楚，借助氢气微生物代谢的基础，非常有利于理解氢气作用的特征，对于寻找氢气作用的分子机制具有重要价值。这里我们参考阅读2016年一篇研究氢气代谢的重要文献，寻找氢气研究的基本线索。

生理学和生态学研究已经挑战了长期以来认为分子氢(氢气)的微生物代谢是一个生态位过程的观点。为了更广泛地了解微生物氢气代谢的重要性，我们全面考察了氢化酶的基因组和宏基因组分布，氢化酶是催化氢气氧化和进化的可逆酶。3286个非冗余假定氢化酶的蛋白序列是从公开数据库中筛选的。根据(1)氨基酸序列系统发育，(2)金属结合基序，(3)预测的遗传组织和(4)的生化特征，这些金属酶被分为多个组。鉴定出[Fe]-氢化酶4组(22个亚组)、[FeFe]-氢化酶3组(6个亚组)和一小组[Fe]-氢化酶。我们预测，这种氢化酶的多样性支持在缺氧和缺氧环境中基于氢气的呼吸、发酵和碳固定过程，以及各种氢气感应、电子分岔和能量转换机制。在51个门和古门中均发现了氢酶编码基因，表明纵向和横向获取压力都很强。此外，氢化酶基因可以从陆地、水生和宿主相关宏基因组中不同比例地恢复，表明其具有广泛的生态分布和利用价值。氧含量(pO2)似乎是驱动这些基因在门级和生态级分布的中心因素。除了复合证据表明氢气是生命的个电子供体之外，我们的分析还表明，氢化酶的巨大多样性使得氢气代谢能够维持微生物在广泛的生态系统中的生长或生存，直到今天。

氢分子具有生物系统所需的几个物理特性，特别是它的低氧化还原电位(E°=−0.42 V)和强大的扩散系数(4×10−9 m2 s−1)。微生物能够利用这些特性，通过特殊金属酶氢化酶来消耗和制造氢气。根据其氢气结合位点的金属含量，可以区分出三种系统发育无关的氢化酶:[NiFe]-， [FeFe]-和[Fe]-氢化酶。氢气被这种酶氧化产生低能电子，这些电子通过呼吸链传递或用于固定无机碳。相比之下，在微生物发酵和光生物过程中，氢气作为一种扩散气体有效地消散了过量还原剂（或电子）。某些氢化酶也是使用质子作为末端电子受体的低电位离子移位复合物的一部分。自20世纪初发现微生物氢气氧化以来(Kaserer, 1906;Stephenson and Stickland, 1931)，在多个、古和真核生物门中观察到氢气代谢。越来越多的人认识到，氢气代谢对许多微生物非常重要：岩石营养体和光营养体、呼吸和发酵体、需氧菌和等。此外，人们普遍假设氢气是原始的电子供体，这表明了早期和持续的进化重要性(Lane et al.， 2010)。

近的几项研究表明，微生物的氢气代谢比以前的更广泛。研究表明，一些好氧土壤放线菌和酸通过低层大气中的氢气而持续存在(Constant et al.，2010;greenen et al.， 2014, 2015a, b)，推翻了长期以来认为氢代谢仅限于低氧环境，高氢气环境的观点，强调了氢气对生存和生长的重要性。生物化学家同时阐明了依赖于反向电子流的机制，使某些氢化酶能够在氧气存在时发挥作用(传统上认为氧气是氢化酶活性位点的抑制剂。在厌氧系统中，极少含氢化酶呼吸链已被描述为在低营养环境中有效地产生能量。与此同时，电子分岔的发现扩大了我们对厌氧过程中能量守恒的理解，如纤维素分解发酵、乙酰生成和甲烷生成。其他主题，包括内的氢气感应(Zheng等人，2014)和需氧菌内的氢气发酵，也正在出现。

尽管取得了这些进展，但微生物氢气代谢在微观和宏观水平上仍有很多有待发现的地方。大多数关于微生物氢气代谢的研究只集中在氢化酶系统发育树的少数分支和通用生命树中的一小部分生物体。生理和生化特征主要集中在五个门内的模式生物，变形菌门，厚壁菌门，蓝藻门，广泛archaeota和绿藻门。此外，只有一部分氢化酶具有详细的生化信息和原子拆分结构。尽管氢气代谢在某些环境中对整个生态系统过程的贡献是公认的，氢化酶在一般土壤和水生生态系统中的作用在很大程度上仍未得到解决。因此，氢气的演化和消耗对群落结构和全球生物地球化学循环的影响需要进一步研究。