科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，第三種生命形式以“非凡”的方式產(chǎn)生能量

隨著世界轉(zhuǎn)向綠色氫氣和其他可再生能源，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，古細(xì)菌——第三種生命形式在細(xì)菌和真核生物之后——數(shù)十億年來一直在使用氫氣和“超微”酶制造能量。

具體來說，國際研究小組發(fā)現(xiàn)，至少有九個門古細(xì)菌，缺乏內(nèi)部膜結(jié)合結(jié)構(gòu)的單細(xì)胞生物域，使用被認(rèn)為僅存在于其他兩種生命形式的酶產(chǎn)生氫氣。

他們意識到，與細(xì)菌相比，古細(xì)菌不僅具有最小的用氫酶，而且真核生物，但它們用于消耗和產(chǎn)生氫氣的酶也是迄今為止最復(fù)雜的表征。

這些酶小而強大，似乎使古細(xì)菌能夠在地球上一些最惡劣的環(huán)境中生存和茁壯成長，這些環(huán)境中幾乎沒有氧氣。

“人類最近才開始考慮使用氫氣作為能源，但古細(xì)菌已經(jīng)這樣做了十億年，”說澳大利亞莫納什大學(xué)（Monash University）的微生物學(xué)家Pok Man Leung共同領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。

“生物技術(shù)專家現(xiàn)在有機(jī)會從這些古細(xì)菌中汲取靈感，以工業(yè)方式生產(chǎn)氫氣。

氫是宇宙中最豐富的元素，是全球使用制造化肥和其他化學(xué)品、處理金屬、加工食品和提煉燃料。

但氫氣的未來在于儲能和煉鋼，這些都可以在零排放的情況下生產(chǎn)如果使用可再生能源將水等材料轉(zhuǎn)化為氫氣。

微生物產(chǎn)生和釋放氫氣（H₂)用于完全不同的目的，主要是處理在發(fā)酵，生物體在沒有氧氣的情況下從碳水化合物（如糖）中提取能量的過程。

用于消耗或產(chǎn)生 H 的酶₂被稱為氫化酶，并首先對生命之樹進(jìn)行了全面調(diào)查僅僅八年前.從那時起，已知微生物物種的數(shù)量呈爆炸式增長，尤其是古細(xì)菌，它們隱藏在極端環(huán)境中，例如溫泉,火山和深海噴口.

然而，大多數(shù)古細(xì)菌只能從這些環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的遺傳密碼塊中得知，而且許多古細(xì)菌沒有在實驗室中培養(yǎng)，因為它是很難做到.

因此，莫納什大學(xué)微生物學(xué)家克里斯·格林寧（Chris Greening）及其同事在全球數(shù)據(jù)庫中列出的2,300多個古細(xì)菌物種集群中尋找了一種氫化酶的基因編碼部分，即速效[FeFe]氫化酶。

然后他們給谷歌的任務(wù)是阿爾法折疊2預(yù)測編碼酶的結(jié)構(gòu)，并在大腸桿菌細(xì)菌，以檢查這些基因?qū)嶋H上是功能性的，并產(chǎn)生能夠催化其替代宿主中的氫反應(yīng)的氫化酶。

“我們的發(fā)現(xiàn)使我們更接近于理解這一關(guān)鍵過程如何產(chǎn)生包括人類在內(nèi)的所有真核生物，”Leung說說.

真核生物是細(xì)胞含有細(xì)胞核和膜結(jié)合細(xì)胞器的生物，例如線粒體和其他有用的細(xì)胞工廠.

所有真核生物都被認(rèn)為具有從聯(lián)盟中脫穎而出一種厭氧古細(xì)菌和一種細(xì)菌在數(shù)十億年前被吞噬。第二個，更晚的內(nèi)共生產(chǎn)生了植物的祖先，葉綠體。

Greening，Leung和他們的同事在九個古細(xì)菌門中發(fā)現(xiàn)了[FeFe]氫化酶的遺傳指令，并證實它們確實在這些微生物中具有活性 - 使其成為使用這些酶制造氫氣的三個生命領(lǐng)域中的三個。

但與細(xì)菌和真核生物不同的是，進(jìn)一步的分析表明，古細(xì)菌組裝了“非凡的雜交復(fù)合物”來滿足其制氫需求，將兩種類型的氫化酶融合在一起。

“這些發(fā)現(xiàn)揭示了古細(xì)菌的新代謝適應(yīng)，流線型H₂生物技術(shù)發(fā)展的催化劑，以及兩個主要 H 之間令人驚訝的交織在一起的進(jìn)化歷史₂-代謝酶，“該團(tuán)隊在他們的論文中寫道.

然而，本研究中分析的許多編目的古細(xì)菌基因組都是不完整的，誰知道還有多少物種尚未被發(fā)現(xiàn)。

古細(xì)菌很可能擁有其他我們尚未發(fā)現(xiàn)的巧妙的能源制造方法。

該研究已發(fā)表在細(xì)胞.

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