世界首个发现揭示了生命的第三领域如何在地球最荒凉的角落产生能量

古细菌利用氢来制造能量。或许我们可以向他们学习？

古细菌存在于地球上一些最极端的环境中，包括黄石公园的诺里斯间歇泉盆地。

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古细菌是耐寒的单细胞生物，构成了宇宙生命之树顶端的第三个域，在地球上一些最极端的环境中生存了数十亿年。现在，科学家们在解释这是如何可能的方面迈出了一大步，发现了这些生物体如何利用氢作为能源——这是我们物种直到最近才想到的。

研究作者、莫纳什大学鲍勃·梁博士在一份声明中表示：“人类最近才开始考虑使用氢作为能源，但古细菌已经这样做了十亿年。”

除了古细菌之外，广泛接受的模型中的另外两个生命领域是细菌和真核生物——包括动物、植物和真菌。进化生物学领域当前的想法表明，真核生物（是的，人类也是如此）是通过氢气交换从古细菌和细菌细胞之间的古老合并进化而来的。因此，了解古细菌如何利用氢对于了解地球上生命的基础至关重要。

“我们的发现让我们更进一步了解这一关键过程如何产生包括人类在内的所有真核生物，”Leung 补充道。

研究小组梳理了 2000 多个古细菌物种的基因组序列，以寻找产氢酶的遗传密码，他们在 130 个基因组中发现了一种名为 [FeFe] 氢化酶的不寻常酶的证据。这些此前已在其他生物体中得到记录，但在古细菌中却没有，这使得这一结果成为世界首创。

除此之外，他们还发现了 10 个古菌目的 [FeFe] 氢化酶与另一类酶 [NiFe] 氢化酶之间杂交的证据。作者写道：“这些发现修正了我们对微生物[氢]代谢的分布和进化的理解，并具有广泛的生物学、化学和生物技术影响。”

这 130 个基因组来自 9 个不同门的物种，它们生活在地球上一些最荒凉的地方，从温泉到海底深处。通过在实验室中复制这些[FeFe]氢化酶，科学家们可以亲眼看到它们结构和功能的巨大多样性。

事实证明，古细菌不仅拥有所有生命形式中最小的氢化酶，而且它们也是最复杂的。

这种处理氢气和产生能量的能力使得这些有弹性的微生物能够在大多数生物不敢涉足的地方繁衍生息。但是，除了帮助我们更多地了解它们如何生存了数千年（这对我们自己的进化故事具有影响）之外，当我们寻求向更可持续的能源未来过渡时，我们也有可能向古细菌学习。

“生物技术专家现在有机会从这些古细菌中汲取灵感，以工业化生产氢气，”梁说。

氢气被吹捧为“未来的燃料”，尽管通过化学过程生产氢气并非没有环境影响——这就是纯氢气天然沉积物如此受重视的原因。向古细菌学习生产更好的氢催化剂有助于提高成本效益和可持续性。

该论文的第一作者克里斯·格林宁教授补充道：“工业界目前使用珍贵的化学催化剂来使用氢气。然而，我们从自然界知道，生物催化剂的功能可以是高效且有弹性的。我们可以利用这些来改善我们使用氢气的方式吗？ ”

该研究发表在《细胞》杂志上。