Wissenschaftler enthüllen die Geheimnisse, wie die dritte Lebensform Energie produziert

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Ein internationales Wissenschaftsteam hat unser Verständnis von Archaeen, den mikrobiellen Vorfahren des Menschen vor zwei Milliarden Jahren, neu definiert, indem es gezeigt hat, wie sie Wasserstoffgas nutzen.

die Ergebnisse, veröffentlicht In Zelle, Erklären Sie, wie kleine Lebensformen diese Energie erzeugen, indem sie Wasserstoff verbrauchen und produzieren. Diese einfache und zuverlässige Strategie hat es ihnen ermöglicht, über Milliarden von Jahren in einigen der lebensfeindlichsten Umgebungen der Erde zu gedeihen.

Dieses von Wissenschaftlern des Monash University Biomedical Discovery Institute, darunter Professor Chris Greening, Professor Jill Banfield und Dr. Bob Leong, verfasste Papier hat das Lehrbuch der Grundlagenbiologie neu geschrieben.

Dr. Bob Leung sagte, diese Entdeckung über eine der ältesten Existenzformen auf der Erde könne auch die menschliche Existenz unterstützen, einschließlich der Entwicklung neuer Wege zur künftigen Nutzung von Wasserstoff in der grünen Wirtschaft.

„Der Mensch hat erst vor kurzem begonnen, darüber nachzudenken, Wasserstoff als Energiequelle zu nutzen, aber Archaeen tun dies schon seit einer Milliarde Jahren. Jetzt haben Biotechnologen die Möglichkeit, sich von diesen Archaeen inspirieren zu lassen, um Wasserstoff synthetisch herzustellen.“

An der Spitze der Lebenspyramide gibt es drei „Domänen“ des Lebens: Eukaryoten (die in Tiere, Pflanzen und Pilze unterteilt sind), Bakterien und Archaeen. Archaeen sind einzellige Organismen, die in einigen der rauesten Umgebungen der Erde leben können. Die am weitesten verbreitete wissenschaftliche Theorie besagt auch, dass sich Eukaryoten wie Menschen aus einer sehr alten Abstammungslinie von Archaeen entwickelt haben, die durch den Austausch von Wasserstoffgas mit einer Bakterienzelle verschmolzen.

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

Das Team analysierte die Genome Tausender Archaeen auf wasserstoffproduzierende Enzyme und stellte die Enzyme dann im Labor her, um ihre Eigenschaften zu untersuchen. Sie entdeckten, dass einige Archaeen ungewöhnliche Arten von Enzymen namens … verwenden. [FeFe]-Hydrogenase.

Die Archaeen, die diese Wasserstoff nutzenden Enzyme herstellen, wurden in vielen der anspruchsvollsten Umgebungen der Erde gefunden, darunter in heißen Quellen, Ölreservoirs und tief im Meeresboden.

Es wurde angenommen, dass diese Hydrogenasen auf nur zwei „Domänen“ des Lebens beschränkt sind: Eukaryoten und Bakterien. Hier zeigt das Team, dass sie zum ersten Mal in Archaeen vorkommen und dass sie in ihrer Form und Funktion bemerkenswert vielfältig sind.

Archaeen enthalten nicht nur die kleinsten Enzyme, die Wasserstoff nutzen, sondern auch die komplexesten Enzyme, die Wasserstoff nutzen.

Die Arbeit zeigt, dass einige Archaeen die kleinsten wasserstoffproduzierenden Enzyme aller Lebensformen auf der Erde enthalten. Dies könnte vereinfachte Lösungen für die biologische Wasserstoffproduktion in industriellen Umgebungen bieten.

Professor Chris Greening sagte, dass diese Entdeckungen darüber, wie Archaeen Wasserstoff nutzen, potenzielle Anwendungen für den Übergang zu einer grünen Wirtschaft haben.

„Die Industrie nutzt derzeit wertvolle chemische Katalysatoren, um Wasserstoff zu nutzen. Wir wissen jedoch aus der Natur, dass die Funktion biologischer Katalysatoren hocheffizient und flexibel sein kann.“

Mit ihren uralten Ursprüngen und potenziellen Anwendungen in der Biotechnologie ziehen Archaeen weiterhin Forscher an und eröffnen vielversprechende Horizonte für weitere Entdeckungen und Umsetzungen.

Mehr Informationen:
Einfache und hybride Wasserstoffenzyme sind in Archaeen aktiv, Zelle (2024). doi: 10.1016/j.cell.2024.05.032. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00573-7

Informationen zum Magazin:
Zelle


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