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新研究揭示了氫是如何在生命起源時提供能量的

桑間濮上網2025-11-25 13:39:53【焦點】7人已圍觀

簡介圖片來自Lost City熱液區的Sulis地層，這是一個產生氫氣的堿性熱液噴口。資料來源：uux.cn/南卡羅來納州大學蘇珊·朗/NSF/ROV Jason 2018伍茲霍爾海洋研究所神秘的地球uu 揚州包夜空姐預約（微信180-4582-8235）提供頂級外圍女上門，伴游，空姐，網紅，明星，車模等優質資源，可滿足你的一切要求

圖片來自Lost City熱液區的Sulis地層，這是究揭一個產生氫氣的堿性熱液噴口。資料來源：uux.cn/南卡羅來納州大學蘇珊·朗/NSF/ROV Jason 2018伍茲霍爾海洋研究所
（神秘的示氫揚州包夜空姐預約（微信180-4582-8235）提供頂級外圍女上門，伴游，空姐，網紅，明星，車模等優質資源，可滿足你的一切要求地球uux.cn）據杜塞爾多夫海因里希·海涅大學（阿爾恩·克勞森）：氫氣是一種清潔的燃料。它與空氣中的何生氧氣一起燃燒，提供不含二氧化碳的命起能量。氫是提供未來可持續能源的關鍵。盡管人類剛剛開始意識到氫氣（化學簡寫為H2）的新研好處，但微生物已經知道，究揭只要地球上有生命，示氫H2就是何生一種很好的燃料。氫是命起揚州包夜空姐預約（微信180-4582-8235）提供頂級外圍女上門，伴游，空姐，網紅，明星，車模等優質資源，可滿足你的一切要求古老的能源。
地球上最早的提供細胞是由熱液噴口產生的H2生存的，利用H2與CO2的新研反應來制造生命分子。通過H2和CO2的究揭反應而茁壯成長的微生物可以生活在完全黑暗的環境中，棲息在詭異的示氫原始棲息地，如深海熱液噴口或地殼深處的熱巖層，許多科學家認為生命本身就是在這些環境中產生的。
PNAS報道了關于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。這項新研究來自杜塞爾多夫大學的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，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中的電子大力推向上坡。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而不是向下流動，所以細胞需要工程解決方案。”。15年前，Wolfgang Buckel和他在馬爾堡的同事Rolf Thauer才發現細胞是如何解決這個問題的。
他們發現，細胞將氫中的兩個電子發送到不同的路徑。一個電子走得很遠，走得很遠以至于它啟動了一個滑輪（或虹吸管），可以有力地將另一個電子拉向上坡。這個過程被稱為電子分岔。在細胞中，它需要幾種酶將電子向上輸送到一種古老而重要的生物電子載體——鐵氧還蛋白。
這項新的研究表明，在pH值為8.5的情況下，“不需要蛋白質，”該研究的合著者Buckel解釋道，“H2的H–H鍵在鐵表面分裂，產生被堿水消耗的質子和電子，然后很容易直接轉移到鐵氧還蛋白。”
在酶或細胞出現之前，能量上的上坡反應在早期進化中是如何發揮作用的，這一直是一個非常棘手的難題。Martin說：“有幾種不同的理論提出了在電子分叉起源之前，環境可能是如何將電子從能量上推向鐵氧還蛋白的，我們已經確定了一個非常簡單的過程，它在熱液噴口的自然條件下有效。”
自從發現電子分岔以來，科學家們發現這一過程在以H2為生的微生物中既古老又絕對必要。對于像Martina Preiner這樣具有進化思想的化學家來說，令人煩惱的問題是：在出現復雜的蛋白質之前，H2是如何被用于CO2固定途徑的？
“金屬提供了答案，”她說，“在生命開始時，在古老的環境條件下，金屬可以將H2中的電子發送到山上，我們可以看到現代細胞生物學中保存的原始化學遺跡。”但光有金屬是不夠的。Preiner實驗室的第一作者Delfina Pereira補充道：“H2也需要由環境產生。”。
在熱液噴口中發現了這樣的環境，在那里，水與含鐵巖石相互作用，產生H2，而微生物今天仍然以氫氣作為能量來源。
現代和古代的熱液噴口都會產生大量的H2，這種氣體可以將含鐵礦物轉化為閃亮的金屬鐵。
“氫可以用礦物制造金屬鐵，這已經不是什么秘密了，”馬克斯·普朗克研究所的高科技材料專家、該研究的合著者Harun Tüysüz說。“化學工業中的許多過程在反應過程中使用H2從礦物中制造金屬。”令人驚訝的是，大自然也會這樣做，尤其是在熱液噴口，這種自然沉積的鐵可能在生命起源中發揮了至關重要的作用。
鐵是新研究中發現的唯一一種能夠將H2中的電子向上發送到鐵氧還蛋白的金屬。然而，這種反應只在堿性條件下起作用，比如在某些類型的熱液噴口中。杜塞爾多夫小組的Natalia Mrnjavac是該研究的第一作者之一，她指出：“這與生命起源于這種環境的理論非常吻合。”
“最令人興奮的是，這種簡單的化學反應可以填補理解復雜起源過程的重要空白，我們今天可以在實驗室中看到這些反應在古代熱液噴口的條件下進行。”
更多信息：Brabender，Max，氫與鐵還原Ferredoxin作為黃素電子分叉的進化前體，《美國國家科學院院刊》（2024）。DOI:10.1073/pnas.2318969121。doi.org/10.1073/pnas.2318969121

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