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(rèn)識(shí)到氫氣(化學(xué)簡(jiǎn)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(xì)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(rèn)為這些環(huán)境是生命本身誕生的地方。
《PNAS》現(xiàn)已報(bào)道了有關(guān)地球上第一批細(xì)胞如何利用 H2作為能源的令人驚訝的新見解。這項(xiàng)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(tuán)隊(duì)完成，并得到了德國(guó)和亞洲合作者的支持。
為了獲取能量，細(xì)胞首先必須將 H2中的電子強(qiáng)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(dòng)而不是向下流動(dòng)一樣，因此細(xì)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(xì)胞如何解決這個(gè)問題。
他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞將氫中的兩個(gè)電子沿著不同的路徑發(fā)送。一個(gè)電子向下坡走得很遠(yuǎn)，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(yùn)動(dòng)起來，可以將另一個(gè)電子有力地拉上坡。這個(gè)過程稱為電子分岔。在細(xì)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(xiàng)新研究表明，在典型的天然堿性噴口 pH 值 8.5 時(shí)，“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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