科学家发现，第三种形式的生命以“非凡的”方式制造能量

随着世界转向绿色氢和其他可再生能源，科学家们发现，古生菌 —— 细菌和真核生物之后的第三种生命形式 —— 数十亿年来一直在利用氢气和“极微量”酶制造能源。

具体地说，这个国际研究团队发现，至少有九个古生菌门使用被认为只存在于另外两种生命形式中的酶来产生氢气。古生菌是缺乏内部膜结合结构的单细胞生物体的领域。

他们意识到，与细菌和真核生物相比，古生菌不仅拥有最小的耗氢酶，而且它们消耗和产生氢的酶也是迄今为止最复杂的。

这些微小而强大的酶似乎使古细菌能够在地球上一些几乎没有氧气的最恶劣的环境中生存和繁衍。

“人类只是最近才开始考虑使用氢作为能源，但古细菌已经这样做了10亿年，”澳大利亚莫纳什大学的微生物学家梁博文（Pok Man Leung）说，他是这项研究的共同负责人。

“生物技术专家现在有机会从这些古菌中获得灵感，用于工业生产氢气。”

氢是宇宙中最丰富的元素，在全球范围内被用于制造肥料和其他化学品、处理金属、加工食品和提炼燃料。

但氢的未来在于能源储存和炼钢，如果使用可再生能源将水等物质转化为氢气，就可以实现零排放。

微生物产生和释放氢气（H2）的目的完全不同，主要是为了处理发酵过程中产生的多余电子，发酵是生物体在没有氧气的情况下从碳水化合物（如糖）中提取能量的过程。

用于消耗或产生H2的酶被称为氢化酶，直到8年前，人们才首次对整个生命之树进行了全面调查。从那时起，已知微生物种类的数量激增，尤其是古生菌，它们隐藏在极端环境中，如温泉、火山和深海喷口。

然而，大多数古生菌只能通过在这些环境中发现的遗传密码块来了解，而且许多古生菌还没有在实验室中培养，因为这样做非常困难。

因此，莫纳什大学的微生物学家克里斯·格林宁（Chris Greening）和他的同事们在全球数据库中列出的2300多个古细菌物种群中寻找编码一种氢化酶的部分基因，即速效氢化酶（FeFe）。

然后，他们让谷歌的AlphaFold2预测编码酶的结构，并在大肠杆菌中表达这些酶，以检查这些基因是否具有实际功能，并产生能够在其替代宿主中催化氢反应的氢化酶。

梁博文说：“我们的发现使我们更接近于理解这个关键过程，是如何产生包括人类在内的所有真核生物的。”

真核生物的细胞包含细胞核和膜结合细胞器，如线粒体和其他有用的细胞工厂。

所有真核生物都被认为是由厌氧古细菌和数十亿年前被其吞噬的细菌结合而产生的。第二次，更晚的内共生产生了植物的祖先，叶绿体。

格里宁、梁和他们的同事在9个古细菌门中发现了[FeFe]氢化酶的遗传指令，并证实它们确实在这些微生物中很活跃 —— 这使得使用这类酶制造氢的生命领域有3个。

但与细菌和真核生物不同的是，进一步的分析表明，古生菌可以将两种类型的氢化酶融合在一起，以组装“非凡的杂交复合体”来满足它们的产氢需求。

研究小组在论文中写道：“这些发现揭示了古细菌新的代谢适应性，生物技术发展的流线型H2催化剂，以及两种主要H2代谢酶之间令人惊讶地交织在一起的进化史。”

然而，在这项研究中分析的许多已编目的古细菌基因组是不完整的，谁知道还有多少物种尚未被发现。

很有可能古细菌拥有其他我们尚未发现的制造能量的巧妙方式。

这项研究发表在《细胞》杂志上。

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