برخی از قدیمی ترین اشکال حیات زمین می توانند با هیدروژن زنده بمانند. یعنی چی

سیدنی، استرالیا:

سه چهارم کل ماده در جهان از هیدروژن تشکیل شده است. زمین جوان همچنین به لطف فعالیت های زمین شناسی و آتشفشانی شدید از نظر هیدروژن غنی بود.

همانطور که ستارگان هیدروژن را برای تولید گرما و نور از طریق واکنش های هسته ای می سوزانند، زندگی با استخراج انرژی از این مولکول ساده از طریق واکنش های شیمیایی ایجاد شده است.

برخی از این اشکال اولیه زندگی باستانی بودند: شکل سوم زندگی مرموز که تنها در دهه 1970 کشف شد. (دو شکل دیگر باکتری ها و یوکاریوت ها هستند، گروهی که همه حیوانات، گیاهان و قارچ ها به آن تعلق دارند.)

ما هزاران گونه باستانی را مطالعه کرده‌ایم تا بفهمیم چگونه آنها برای میلیاردها سال در سیاره در حال تغییر ما زنده مانده‌اند. در طرح‌های ژنتیکی آن‌ها، دستورالعمل‌هایی برای ساخت آنزیم‌های ویژه (به نام هیدروژناز) برای تولید انرژی از گاز هیدروژن یافتیم که به آن‌ها اجازه می‌دهد در برخی از سخت‌ترین محیط‌های زمین زنده بمانند. آخرین نتایج تحقیقات ما در منتشر شده است سلول و ارتباط با طبیعت.

حیاتی که از هیدروژن نیرو می گیرد

آرکیا در مکان هایی یافت می شوند که هیچ حیات دیگری نمی تواند زنده بماند. به عنوان مثال، برخی در چشمه های آب گرم که آب آن به قدری اسیدی است که آهن را در خود حل می کند، رشد می کنند.

هیدروژن در اینجا به طور مداوم از طریق فرآیندهای زمین گرمایی در پوسته زمین تولید می شود. آرکیاها از این هیدروژن برای ترمیم بدن خود استفاده می کنند، حتی گاهی اوقات در شرایط مرگبار دیگری رشد می کنند.

ما دریافتیم که برخی از باستان‌ها حتی می‌توانند از مقادیر ناچیز هیدروژن موجود در هوا به عنوان منبع غذایی اضافی استفاده کنند. این توانایی به احتمال زیاد به آن‌ها کمک می‌کند تا از انتقال در اتمسفر از یک چشمه آب گرم غنی از هیدروژن به چشمه‌ی دیگر زنده بمانند.

زنده ماندن در تاریکی

بسیاری از باستان‌ها در سطح زمین یافت نمی‌شوند، اما زندگی متوسطی در اعماق زمین دارند. گیاهان و حیوانات به دلیل کمبود نور و اکسیژن نمی توانند در این محیط زنده بمانند.

باستانی ها راه حلی پیدا کرده اند: آنها مواد آلی عمیقا مدفون شده را از بقایای گیاهی یا حیوانی تجزیه می کنند. این از طریق فرآیندی به نام “تخمیر هیدروژنی” اتفاق می افتد.

همانطور که مخمر در طی تخمیر آبجو، شکر را به دی اکسید کربن تبدیل می کند، این باستانی ها که در تاریکی زندگی می کنند، مواد آلی را به گاز هیدروژن تبدیل می کنند.

این فرآیند مقداری انرژی آزاد می کند، اما فقط کمی. برخی از باستان‌ها برای زنده ماندن، سلول‌های بسیار کوچکی را تشکیل می‌دهند تا انرژی مورد نیاز خود را به حداقل برسانند. بسیاری از آنها نیز انگل میکروب های دیگر هستند و مواد آلی را می دزدند تا رشد خود را تامین کنند.

آرکیا متان تولید می کنند

بسیاری از باستان‌ها در محیط‌های شدید زندگی می‌کنند، اما برخی خانه‌های گرمی در میان حیوانات پیدا می‌کنند.

در روده حیوانات، بسیاری از باکتری ها از طریق تخمیر تولید هیدروژن به هضم غذا کمک می کنند. با این حال، گروهی از باستان‌ها که به نام متانوژن‌ها شناخته می‌شوند، هیدروژن را می‌خورند و گاز گلخانه‌ای قدرتمند متان را بیرون می‌دهند.

متانوژن ها به ویژه در روده گاو رایج و فعال هستند که حدودا یک سوم از انتشار متان ناشی از انسانما همچنین در حال کار بر روی راه هایی برای از فعالیت متانوژن ها در روده جلوگیری می کند برای کاهش این انتشارات.

همین آرکیاها همچنین مسئول انتشار متان از بسیاری از منابع دیگر هستند تپه های موریانه به ذوب منجمد دائمی و خودت درختان.

یادگیری از اقتصاد هیدروژنی آرکیا

در حالی که جوامع ما تلاش می کنند دور شدن از سوخت های فسیلیشاید بتوانیم از اقتصاد هیدروژنی باستانی که میلیاردها سال شکوفا شده است، درس بگیریم.

بخش اعظم هیدروژن روی زمین به آب متصل است. (این H در H2O است.) برای استخراج هیدروژن و کار با آن، صنایع در حال حاضر به کاتالیزورهای گران قیمت مانند پلاتین. با این حال، کاتالیزورهای بیولوژیکی هیدروژن، آنزیم هایی به نام هیدروژناز نیز وجود دارند که به فلزات گرانبها نیاز ندارند و تحت شرایط وسیع تری کار می کنند.

ما متوجه شده ایم که برخی از آرکیا هیدروژنازهای بسیار توسعه یافته ای تولید می کنند. این آنزیم ها می توانند مبنایی برای کاتالیزورهای هیدروژنی کارآمدتر و اقتصادی تر باشند.

هیدروژن و تاریخ حیات

شاید هیدروژن کلید انرژی آینده ما باشد. با این حال، شایان ذکر است که هیدروژن همچنین به توضیح گذشته ما کمک می کند.

اولین یوکاریوت ها (اجداد همه حیوانات، گیاهان و قارچ ها) حدود دو میلیارد سال پیش به عنوان یک سلول باستانی و یک سلول باکتری تکامل یافتند. ادغام شد.

چرا با هم متحد شدند؟ پذیرفته‌شده‌ترین نظریه که به عنوان «فرضیه هیدروژن» شناخته می‌شود، پیشنهاد می‌کند که همجوشی دو سلول به آن‌ها اجازه می‌دهد تا گاز هیدروژن را به طور مؤثرتری مبادله کنند. یک احتمالی سناریو سلول باستانی با تولید هیدروژن زنده ماند که سلول باکتری آن را جذب کرد تا انرژی خود را تولید کند.

در طول میلیاردها سال تکامل، این فرآیند در نهایت منجر به ظهور همه یوکاریوت ها شد. اکثر یوکاریوت های مدرن، از جمله انسان، اکنون توانایی استفاده از هیدروژن را از دست داده اند.

اما هنوز آثار باستانی و باکتری های باستانی وجود دارد. بدن سلول‌های ما از باستان‌ها می‌آیند، در حالی که اندامک‌های تولیدکننده انرژی درون سلول‌ها، به نام میتوکندری، از باکتری‌ها می‌آیند.

هیدروژن ممکن است ساده باشد، اما به پیچیدگی زمین کمک زیادی کرده است.

(نویسندگان:پوک من لیونگمعاون پژوهشی میکروبیولوژی، دانشگاه موناش و کریس گرینینگاستاد میکروبیولوژی دانشگاه موناش)

(بیانیه افشا: کریس گرینینگ از شورای تحقیقات استرالیا، شورای ملی بهداشت و علوم پزشکی، بخش قطب جنوب استرالیا، برنامه علمی مرزهای انسانی و Wellcome Trust بودجه دریافت می کند. Pok Man Leung برای هیچ شرکت یا سازمانی که از این مقاله بهره می‌برد کار نمی‌کند، دارای سهام است یا از آن حمایت مالی دریافت نمی‌کند. او هیچ وابستگی مرتبطی فراتر از شغل آکادمیک خود را فاش نکرده است.)

این مقاله توسط گفتگو تحت مجوز Creative Commons. را بخوانید مقاله اصلی.

(به جز عنوان، این داستان توسط کارکنان NDTV ویرایش نشده است و از یک فید سندیکایی منتشر شده است.)