Wissenschaftler entdecken, dass die dritte Lebensform auf „bemerkenswerte“ Weise Energie produziert: ScienceAlert

Während die Welt auf grünen Wasserstoff und andere erneuerbare Energiequellen umsteigt, haben Wissenschaftler entdeckt, dass Archaeen – Die dritte Lebensform Nach Bakterien und Eukaryoten produzieren sie seit Milliarden von Jahren Energie mithilfe von Wasserstoffgas und „radikalen“ Enzymen.

Konkret entdeckte das internationale Forscherteam, dass mindestens neun Phyla von AntiquitätSie sind eine Domäne einzelliger Organismen, denen interne membrangebundene Strukturen fehlen. Sie produzieren Wasserstoffgas mithilfe von Enzymen, von denen man annimmt, dass sie nur in den anderen beiden Lebensformen vorhanden sind.

Sie erkannten, dass Archaeen im Vergleich zu Bakterien nicht nur über kleinere wasserstoffverarbeitende Enzyme verfügen EukaryotenAber auch seine Enzyme zur Aufnahme und Produktion von Wasserstoff sind die bisher komplexesten.

Diese kleinen, aber leistungsstarken Enzyme scheinen es Archaeen ermöglicht zu haben, in einigen der lebensfeindlichsten Umgebungen der Erde zu überleben und zu gedeihen, in denen es wenig oder keinen Sauerstoff gibt.

„Der Mensch hat erst vor kurzem begonnen, darüber nachzudenken, Wasserstoff als Energiequelle zu nutzen, aber Archaeen tun dies schon seit einer Milliarde Jahren.“ sagen Bok Man Leung, ein Mikrobiologe an der Monash University in Australien, der die Studie mitleitete.

„Biotechnologen haben nun die Möglichkeit, sich von diesen Archaeen inspirieren zu lassen, um Wasserstoff synthetisch herzustellen.“

Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum Weltweit im Einsatz Zur Herstellung von Düngemitteln und anderen Chemikalien, zur Verarbeitung von Mineralien, zur Verarbeitung von Lebensmitteln und zur Raffinierung von Kraftstoffen.

Doch die Zukunft des Wasserstoffs liegt in der Energiespeicherung und der Stahlerzeugung, die emissionsfrei hergestellt werden kann Wenn erneuerbare Energie genutzt wird Um Substanzen wie Wasser in Wasserstoffgas umzuwandeln.

Mikroorganismen Produktion und Freisetzung von Wasserstoffgas (H₂) Für ganz andere Zwecke, hauptsächlich um überschüssige Elektronen loszuwerden, die dabei entstehen FermentationDabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem Organismen ohne Sauerstoff Energie aus Kohlenhydraten wie Zucker gewinnen.

Enzyme, die verwendet werden, um H zu verbrauchen oder zu produzieren₂ Angerufen Hydrogenaseund wurden zum ersten Mal umfassend im gesamten Lebensbaum untersucht Erst vor acht Jahren. Seitdem hat die Zahl der bekannten Mikrobenarten dramatisch zugenommen, insbesondere Archaeen, die sich in extremen Umgebungen wie heißen Quellen, Vulkanen und Tiefseequellen verstecken.

Die meisten Archaeen sind jedoch nur anhand von Teilen ihres genetischen Codes bekannt, die in diesen Umgebungen gefunden wurden, und viele wurden nicht im Labor kultiviert, weil dies zu schwierig wäre.

Also suchten Chris Greening, ein Mikrobiologe an der Monash University, und seine Kollegen nach dem Teil, der das Gen für eine Art schnell wirkender Hydrogenase kodiert. [FeFe] Hydrogenase, in mehr als 2.300 archaischen Artengruppen, die in einer globalen Datenbank aufgeführt sind.

Anschließend beauftragten sie Googles AlphaFold2, die Struktur der kodierten Enzyme vorherzusagen und diese Enzyme in … zu exprimieren. Coli-Bakterien Um zu bestätigen, dass diese Gene tatsächlich funktionsfähig waren, produzierten Bakterien Hydrogenasen, die in ihrem Ersatzwirt Wasserstoffreaktionen katalysieren konnten.

„Unsere Ergebnisse bringen uns dem Verständnis, wie dieser entscheidende Prozess zur Entstehung aller Eukaryoten, einschließlich des Menschen, führte, einen Schritt näher.“ sagen.

Eukaryoten sind lebende Organismen, deren Zellen einen Zellkern und membrangebundene Organellen wie Mitochondrien und andere nützliche Zellfabriken enthalten.

Es wird angenommen, dass alle Eukaryoten aus der Vereinigung anaerober Archaeen mit Bakterien entstanden sind, die sie vor Milliarden von Jahren verschlungen haben. Die zweite Endosymbiose führte viel später zum Vorfahren der Pflanzen, den Chloroplasten.

Greening, Leung und ihre Kollegen fanden die genetischen Anweisungen dafür [FeFe] Hydrogenasen in neun Archaeenstämmen bestätigten, dass sie tatsächlich in diesen Mikroorganismen aktiv sind, was sie zu drei der drei Lebensbereiche macht, die diese Art von Enzymen zur Herstellung von Wasserstoff verwenden.

Aber im Gegensatz zu Bakterien und Eukaryoten zeigten weitere Analysen, dass Archaeen „exquisite Hybridkomplexe“ zusammenbauen, um ihren Bedarf an Wasserstoffproduktion zu decken, indem sie zwei Arten von Hydrogenasen miteinander verschmelzen.

„Diese Ergebnisse offenbaren neue Stoffwechselanpassungen für Archaeen und vereinfachen H₂ Katalysatoren für die Entwicklung der Biotechnologie und eine überraschend eng verflochtene Evolutionsgeschichte zwischen den beiden großen H₂Team „Stoffwechselenzyme“. Schreiben Sie in ihre Arbeit.

Viele der in dieser Studie analysierten katalogisierten Archaeen-Genome sind jedoch unvollständig, und wer weiß, wie viele weitere Arten noch entdeckt werden müssen.

Archaeen verfügen wahrscheinlich über andere geniale Möglichkeiten zur Energieerzeugung, die wir noch nicht entdeckt haben.

Die Forschung wurde veröffentlicht in Zelle.