新研究揭示了氫在生命起源時如何提供能量

氫氣是一種清潔燃料。它與空氣中的氧氣燃燒，提供能量，不含CO2。氫是未來可持續(xù)能源的關(guān)鍵。盡管人類剛剛認識到氫氣(化學(xué)簡寫為H2)的好處，但自地球上有生命以來，微生物就知道 H2是一種良好的燃料。氫是古老的能源。

地球上最早的細胞以熱液噴口產(chǎn)生的 H2為生，利用 H2與 CO2的反應(yīng)來制造生命分子。通過 H 2和 CO2反應(yīng)而繁衍的微生物可以生活在完全黑暗的環(huán)境中，棲息在詭異的原始棲息地，例如深海熱液噴口或地殼深處的熱巖層，許多科學(xué)家認為這些環(huán)境是生命本身誕生的地方。

《PNAS》現(xiàn)已報道了有關(guān)地球上第一批細胞如何利用 H2作為能源的令人驚訝的新見解。這項新研究由杜塞爾多夫大學(xué)的 William F. Martin 和馬爾堡馬克斯·普朗克陸地微生物研究所 (MPI) 的 Martina Preiner 團隊完成，并得到了德國和亞洲合作者的支持。

為了獲取能量，細胞首先必須將 H2中的電子強力推上坡。該研究的三位第一作者之一 Max Brabender 解釋道：“這就像要求河流向上流動而不是向下流動一樣，因此細胞需要工程解決方案。”僅僅 15 年前，Wolfgang Buckel 和他在馬爾堡的同事 Rolf Thauer 就發(fā)現(xiàn)了細胞如何解決這個問題。

他們發(fā)現(xiàn)細胞將氫中的兩個電子沿著不同的路徑發(fā)送。一個電子向下坡走得很遠，下坡的距離如此之大，以至于它使滑輪(或虹吸管)之類的東西運動起來，可以將另一個電子有力地拉上坡。這個過程稱為電子分岔。在細胞中，它需要幾種酶將電子向上發(fā)送到一種古老且重要的生物電子載體，稱為鐵氧還蛋白。

這項新研究表明，在典型的天然堿性噴口 pH 值 8.5 時，“不需要蛋白質(zhì)”，該研究的合著者 Buckel 解釋說，“H2的 H-H 鍵在鐵表面分裂，產(chǎn)生被消耗的質(zhì)子通過堿性水和電子，然后很容易直接轉(zhuǎn)移到鐵氧還蛋白。”

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