Naukowcy odkrywają, że trzecia forma życia wytwarza energię w „niezwykły” sposób: ScienceAlert

W miarę jak świat przechodzi na ekologiczny wodór i inne odnawialne źródła energii, naukowcy odkryli, że archeony – Trzecia forma życia Po bakteriach i eukariontach – od miliardów lat produkują energię przy użyciu gazowego wodoru i „rodnikowych” enzymów.

W szczególności międzynarodowy zespół naukowców odkrył, że co najmniej dziewięć typów AntycznyJest to domena organizmów jednokomórkowych pozbawionych wewnętrznych struktur związanych z błoną. Wytwarzają one gazowy wodór przy użyciu enzymów, które uważa się za obecne tylko w pozostałych dwóch formach życia.

Uświadomili sobie, że archeony mają nie tylko mniejsze enzymy wykorzystujące wodór w porównaniu z bakteriami i EukariontyAle enzymy zużywające i produkujące wodór są również najbardziej złożone jak dotąd.

Wydaje się, że te małe, ale potężne enzymy umożliwiły archeonom przetrwanie i rozwój w najbardziej nieprzyjaznych środowiskach na Ziemi, gdzie tlenu jest niewiele lub nie ma go wcale.

„Ludzie dopiero niedawno zaczęli myśleć o wykorzystaniu wodoru jako źródła energii, ale archeony robią to od miliarda lat”. On mówi Bok Man Leong, mikrobiolog z Monash University w Australii, który współprowadził badanie.

„Biotechnolodzy mają teraz okazję czerpać inspirację z tych archeonów i syntetycznie produkować wodór”.

Wodór jest najobficiej występującym pierwiastkiem we wszechświecie Używany na całym świecie Do produkcji nawozów i innych chemikaliów, przetwarzania minerałów, przetwarzania żywności i rafinacji paliw.

Jednak przyszłość wodoru leży w magazynowaniu energii i produkcji stali, którą można wytwarzać bez emisji Jeśli wykorzystywana jest energia odnawialna Do przekształcania substancji takich jak woda w gazowy wodór.

Mikroorganizmy Produkcja i uwalnianie gazowego wodoru (H₂) Do zupełnie innych celów, głównie do pozbycia się nadmiaru elektronów powstałych podczas FermentacjaJest to proces, w którym organizmy uzyskują energię z węglowodanów, takich jak cukry, bez tlenu.

Enzymy używane do konsumpcji lub produkcji H₂ Zwany Hydrogenazai po raz pierwszy zostały kompleksowo zbadane w całym drzewie życia Zaledwie osiem lat temu. Od tego czasu liczba znanych gatunków drobnoustrojów dramatycznie wzrosła, zwłaszcza archeonów, które ukrywają się w ekstremalnych środowiskach, takich jak gorące źródła, wulkany i kominy głębinowe.

Jednak większość archeonów jest znana jedynie na podstawie części ich kodu genetycznego znajdujących się w tych środowiskach, a wielu z nich nie hodowano w laboratorium, ponieważ jest to zbyt trudne.

Dlatego Chris Greening, mikrobiolog z Monash University i jego współpracownicy poszukiwali części kodującej gen jednego typu szybko działającej hydroazy. [FeFe] hydrogenaza w ponad 2300 grupach gatunków archeonów wymienionych w globalnej bazie danych.

Następnie zlecili urządzeniu AlphaFold2 firmy Google przewidzenie struktury kodowanych enzymów i ekspresję tych enzymów w… bakterie coli Aby potwierdzić, że te geny rzeczywiście funkcjonują, bakterie wytworzyły wodorazy zdolne do katalizowania reakcji wodorowych u gospodarza zastępczego.

„Nasze odkrycia przybliżają nas o krok bliżej do zrozumienia, w jaki sposób ten kluczowy proces doprowadził do powstania wszystkich eukariontów, w tym ludzi”. On mówi.

Eukarionty to żywe organizmy, których komórki zawierają jądro i organelle związane z błoną, takie jak mitochondria i inne przydatne fabryki komórkowe.

Uważa się, że wszystkie eukarionty powstały w wyniku połączenia archeonów beztlenowych z bakteriami, które pożarły je miliardy lat temu. Druga endosymbioza, znacznie późniejsza, dała początek przodkowi roślin z chloroplastami.

Greening, Leung i ich współpracownicy znaleźli instrukcje genetyczne dla [FeFe] Hydrogenazy w dziewięciu gromadach archeonów potwierdziły, że rzeczywiście są aktywne w tych mikroorganizmach, co czyni je trzema z trzech dziedzin życia, które wykorzystują tego typu enzymy do wytwarzania wodoru.

Jednak w przeciwieństwie do bakterii i eukariontów dalsze analizy wykazały, że archeony tworzą „wspaniałe kompleksy hybrydowe”, aby zaspokoić swoje potrzeby w zakresie produkcji wodoru, łącząc ze sobą dwa typy wodoraz.

„Wyniki te ujawniają nowe adaptacje metaboliczne archeonów, upraszczając hodowlę H₂ Katalizatory rozwoju biotechnologii i zaskakująco spleciona historia ewolucji pomiędzy dwoma głównymi H.₂Zespół „Enzymy metaboliczne”. Napisz w ich gazecie.

Jednak wiele skatalogowanych genomów archeonów analizowanych w tym badaniu jest niekompletnych i kto wie, ile jeszcze gatunków czeka jeszcze na odkrycie.

Archaea prawdopodobnie mają inne genialne sposoby wytwarzania energii, których jeszcze nie odkryliśmy.

Badanie zostało opublikowane w komórka.