19:19 2024-03-18
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Un nou studiu descoperă modul în care hidrogenul a furnizat energie la originea vieții
_ Un nou studiu descoperă cum hidrogenul a furnizat energie la originea vieții
Hidrogenul gazos este un combustibil curat. Arde cu oxigenul din aer pentru a furniza energie fără CO2. Hidrogenul este cheia energiei durabile pentru viitor. Deși oamenii tocmai încep să realizeze beneficiile hidrogenului gazos (H2 în prescurtare chimică), microbii au știut că H2 este un combustibil bun atâta timp cât a existat viață pe Pământ. Hidrogenul este energie străveche.
Primele celule de pe Pământ au trăit din H2 produs în gurile hidrotermale, folosind reacția H2 cu CO2 pentru a forma moleculele vieții. Microbii care se dezvoltă din reacția H2 și CO2 pot trăi în întuneric total, locuind în habitate primordiale înfricoșătoare, cum ar fi gurile hidrotermale de adâncime sau formațiuni de roci fierbinți din adâncul scoarței terestre, medii în care mulți oameni de știință cred că viața însăși a apărut.
Noi perspective surprinzătoare despre modul în care primele celule de pe Pământ au ajuns să utilizeze H2 ca sursă de energie sunt acum raportate în PNAS. Noul studiu vine de la echipa lui William F. Martin de la Universitatea din Düsseldorf și Martina Preiner de la Institutul Max Planck (MPI) pentru Microbiologie Terestră din Marburg, cu sprijinul colaboratorilor din Germania și Asia.
În Pentru a recolta energie, celulele trebuie mai întâi să împingă electronii din H2 energetic în sus. „Este ca și cum ai cere unui râu să curgă în sus și nu în jos, așa că celulele au nevoie de soluții proiectate”, explică unul dintre primii trei autori ai studiului, Max Brabender. Modul în care celulele rezolvă această problemă a fost descoperit în urmă cu doar 15 ani de Wolfgang Buckel, împreună cu colegul său Rolf Thauer din Marburg.
Ei au descoperit că celulele trimit cei doi electroni în hidrogen pe căi diferite. Un electron merge mult la vale, atât de mult în jos încât pune în mișcare ceva ca un scripete (sau un sifon) care poate trage celălalt electron energetic în sus. Acest proces se numește bifurcare a electronilor. În celule, necesită mai multe enzime care trimit electronii în sus către un purtător de electroni biologic vechi și esențial numit ferredoxină.
Noul studiu arată că la pH 8,5, tipic pentru orificiile de aerisire natural alcaline, „nu sunt necesare proteine. „, explică Buckel, coautor al studiului, „legătura H–H a H2 se desparte pe suprafața fierului, generând protoni care sunt consumați de apa alcalină și electroni care sunt apoi ușor transferați direct la ferredoxină.”
p>Cum ar fi putut funcționa o reacție energetică ascendentă în evoluția timpurie, înainte de a exista enzime sau celule, a fost un puzzle foarte greu. „Mai multe teorii diferite au propus modul în care mediul ar fi putut împinge electronii energetic în sus la ferredoxină înainte de originea bifurcării electronilor”, spune Martin, „am identificat un proces care nu ar putea fi mai simplu și care funcționează în condițiile naturale ale gurilor hidrotermale. „
De la descoperirea bifurcării electronilor, oamenii de știință au descoperit că procesul este atât antic, cât și absolut esențial în microbii care trăiesc din H2. Problema supărătoare pentru chimiștii cu mentalitate evolutivă, precum Martina Preiner, a cărei echipă din Marburg se concentrează pe impactul mediului asupra reacțiilor pe care microbii le folosesc astăzi și posibil folosite la originea vieții, este: Cum a fost valorificat H2 pentru căile de fixare a CO2 înainte de a fi complicate. proteine?
„Metalele oferă răspunsuri”, spune ea, „la începutul vieții, metalele în condiții antice de mediu pot trimite electronii din H2 în sus și putem vedea relicve ale acelei chimie primordiale păstrate în biologia celulelor moderne”. Dar doar metalele nu sunt suficiente. „H2 trebuie să fie produs și de mediu”, adaugă co-autorul Delfina Pereira de la laboratorul lui Preiner.
Asemenea medii se găsesc în gurile hidrotermale, unde apa interacționează cu rocile care conțin fier pentru a produce H2. și unde microbii trăiesc și astăzi din acel hidrogen ca sursă de energie.
Gazurile hidrotermale, atât moderne, cât și antice, generează H2 în cantități atât de mari încât gazul poate transforma mineralele care conțin fier în fier metalic strălucitor.
„Acel hidrogen poate produce fier metalic. de minerale nu este un secret”, spune Harun Tüysüz, expert în materiale de înaltă tehnologie la Max-Planck-Institut für Kohlenforschung Mülheim și coautor al studiului. „Multe procese din industria chimică folosesc H2 pentru a face metale din minerale în timpul reacției”. Surpriza este că natura face și asta, în special la gurile hidrotermale, și că acest fier depus în mod natural ar fi putut juca un rol crucial în originea vieții.
Fierul a fost singurul metal identificat în noul studiu care a reușit să trimită electronii din H2 în sus către ferredoxină. Cu toate acestea, reacția funcționează numai în condiții alcaline precum cele dintr-un anumit tip de orificii hidrotermale. Natalia Mrnjavac de la grupul de la Düsseldorf și co-autorul primului studiu subliniază: „Acest lucru se potrivește bine cu teoria conform căreia viața a apărut în astfel de medii.”
„Cel mai interesant lucru este că reacții chimice atât de simple. poate închide o lacună importantă în înțelegerea procesului complex al originilor și că putem vedea acele reacții funcționând în condițiile vechilor orificii hidrotermale din laboratorul de astăzi.”
Comentarii:
Adauga Comentariu