新研究揭示了氢是如何在生命起源时提供能量的_排行测评最新消息 它与空气中的氧气一起燃烧

图片来自Lost City热液区的Sulis地层，这是一个形成氢气的碱性热液喷口。资料来源：uux.cn/南卡罗来纳州大学苏珊·朗/NSF/ROV Jason 2018伍兹霍尔海洋探究所
（神秘的地球uux.cn）据杜塞尔多夫海因里希·海涅大学（阿尔恩·克劳森）：氢气是一种清洁的燃料。它与空气中的氧气一起燃烧，提供不含二氧化碳的能量。氢是排行测评前方可持续能源的核心。尽管人类方才着手意识到氢气（化学简写为H2）的好处，但微生物已然得知，只要地球上有生命，H2就是一种很好的燃料。氢是古老的能源。
地球上最初的细胞是由热液喷口形成的H2生存的，运用H2与CO2的反应来制造生命分子。经由H2和CO2的反应而茁壮成熟的微生物可以日常在完全黑暗的生态中，栖息在诡异的原始栖息地，如深海热液喷口或地壳深处的热岩层，许多科学家觉得生命本身就是在这些生态中形成的。
PNAS报导了有关地球上第一批细胞如何运用H2身为能源的令人惊讶的新见解。这项新探究来自杜塞尔多夫大学的William F.Martin和马尔堡马克斯·普朗克陆地微生物探究所（MPI）的Martina Preiner团队，并得到了德国和亚洲兴办者的扶持。
以便获取能量，关注豆瓣评分Tips细胞先是必须将H2中的电子大力推向上坡。该探究的三位第一作者之一Max Brabender阐释道：“这就像请求河流向上而不是向下流动，所以细胞需要工程解决计划。”。15年前，Wolfgang Buckel和他在马尔堡的同仁Rolf Thauer才察觉细胞是如何解决这个难题的。
他们察觉，细胞将氢中的两个电子发送到各异的路径。一个电子走得很远，走得很远以至于它开启了一个滑轮（或虹吸管），盘点何炅Tips可以有力地将另一个电子拉向上坡。这个过程被称为电子分岔。在细胞中，它需要几种酶将电子向上输送到一种古老而重大的生物电子载体——铁氧还蛋白。
这项新的探究表明，在pH值为8.5的状况下，“不需要蛋白质，”该探究的合著者Buckel阐释道，“H2的H–H键在铁表面分裂，形成被碱水消耗的深夜最适合读的一句话：学会放下质子和电子，然后很轻松直接转移到铁氧还蛋白。”
在酶或细胞呈现之前，能量上的上坡反应在早期进化中是如何发挥作用的，这一直是一个相当棘手的难题。Martin说：“有几种各异的理论提出了在电子分叉起源之前，生态或许是如何将电子从能量上推向铁氧还蛋白的，我们已然确定了一个相当简易的过程，它在热液喷口的自然条件下有效。”
自从察觉电子分岔以来，科学家们察觉这一过程在以H2为生的微生物中既古老又绝对必要。针对像Martina Preiner这样具有进化思想的化学家来说，令人烦恼的难题是：在呈现繁琐的蛋白质之前，H2是如何被用于CO2固定途径的？
“金属提供了答案，”她说，“在生命着手时，在古老的生态条件下，金属可以将H2中的电子发送到山上，我们可以目睹现代细胞生物学中保存的原始化学遗迹。”但光有金属是不够的。Preiner评测室的第一作者Delfina Pereira补充道：“H2也需要由生态形成。”。
在热液喷口中察觉了这样的生态，在那里，水与含铁岩石相互作用，形成H2，而微生物今日依然以氢气身为能量来源。
现代和古代的热液喷口都会形成众多的H2，这种气体可以将含铁矿物转化为闪亮的金属铁。
“氢可以用矿物制造金属铁，这已然不是什么秘密了，”马克斯·普朗克探究所的高技术材料专家、该探究的合著者Harun Tüysüz说。“化学工业中的许多过程在反应过程中使用H2从矿物中制造金属。”令人惊讶的是，大自然也会这样做，尤其是在热液喷口，这种自然沉积的铁或许在生命起源中发挥了至关重大的作用。
铁是新探究中察觉的唯一一种能够将H2中的电子向上发送到铁氧还蛋白的金属。但是，这种反应只在碱性条件下起作用，比如在某些类型的热液喷口中。杜塞尔多夫小组的Natalia Mrnjavac是该探究的第一作者之一，她强调：“这与生命起源于这种生态的理论相当吻合。”
“最令人兴奋的是，这种简易的化学反应可以填补理解繁琐起源过程的重大空白，我们今日可以在评测室中目睹这些反应在古代热液喷口的条件下开展。”
更多信息：Brabender，Max，氢与铁还原Ferredoxin身为黄素电子分叉的进化前体，《美国全国科学院院刊》（2024）。DOI:10.1073/pnas.2318969121。doi.org/10.1073/pnas.2318969121