Hidrogen qazı təmiz yanacaqdır. CO ₂ olmadan enerji təmin etmək üçün havada oksigenlə yanır . Hidrogen gələcək üçün davamlı enerjinin açarıdır. İnsanlar hidrogen qazının ( kimyəvi stenoqrafiyada H ₂ ) faydalarını indi dərk etməyə başlasalar da , mikroblar H _2-nin Yer üzündə həyat mövcud olduğu müddətdə yaxşı yanacaq olduğunu bilirlər. Hidrogen qədim enerjidir.

Yer üzündəki ilk hüceyrələr, həyat molekullarını yaratmaq üçün H ₂ ilə CO ₂ reaksiyasından istifadə edərək, hidrotermal ventilyasiyalarda istehsal olunan H _{2 -dən yaşayırdılar. H 2} və CO ₂ reaksiyasından inkişaf edən mikroblar tam qaranlıqda yaşaya bilər, dərin dəniz hidrotermal kanalları və ya Yer qabığının dərinliklərindəki isti qaya birləşmələri kimi qorxulu, ilkin yaşayış yerlərində, bir çox elm adamının həyatın özünün yarandığını düşündüyü mühitlərdə yaşaya bilər.

Yerdəki ilk hüceyrələrin enerji mənbəyi kimi H _{2- dən necə istifadə etməsinə dair təəccüblü yeni məlumatlar indi} PNAS -da bildirilir . Yeni tədqiqat Almaniya və Asiyadakı əməkdaşların dəstəyi ilə Düsseldorf Universitetində William F. Martin və Marburqdakı Yer Mikrobiologiyası üzrə Maks Plank İnstitutunda (MPI) Martina Preiner tərəfindən hazırlanmışdır.

Enerji toplamaq üçün hüceyrələr əvvəlcə H ₂ -dən elektronları enerjili şəkildə yoxuşa itələməlidirlər. Tədqiqatın ilk üç müəllifindən biri Maks Brabender izah edir: “Bu, çaydan eniş əvəzinə yoxuşa axmasını istəməyə bənzəyir, buna görə də hüceyrələr mühəndis həllər tələb edir”. Hüceyrələrin bu problemi necə həll etdiyini yalnız 15 il əvvəl Wolfgang Buckel Marburqda həmkarı Rolf Thauer ilə birlikdə kəşf etdi.

Hüceyrələrin hidrogendəki iki elektronu müxtəlif yollarla göndərdiyini aşkar etdilər. Bir elektron çox aşağı, o qədər aşağı gedir ki, digər elektronu enerjili şəkildə yoxuşa çəkə bilən kasnaq (və ya sifon) kimi bir şeyi hərəkətə gətirir. Bu proses elektron bifurkasiya adlanır. Hüceyrələrdə elektronları ferredoksin adlanan qədim və vacib bioloji elektron daşıyıcısına yuxarıya göndərən bir neçə ferment tələb olunur.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=780081655&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&fwrn=4&lmt=1711647026&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-03-uncovers-hydrogen-energy-life.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTIzLjAuNjMxMi42MCIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTIzLjAuNjMxMi42MCJdLFsiTm90OkEtQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyMy4wLjYzMTIuNjAiXV0sMF0.&dt=1711646850104&bpp=3&bdt=20937&idt=600&shv=r20240326&mjsv=m202403210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D161008c3cce9250f%3AT%3D1711646832%3ART%3D1711646832%3AS%3DALNI_MYNSbvaGf3HEuZkimDEveQGGAmnhA&gpic=UID%3D00000d517365788a%3AT%3D1711646832%3ART%3D1711646832%3AS%3DALNI_MYYsHLJ6TIG2A8EDr8GOJcSSg6Hzg&eo_id_str=ID%3Df01e292d95133e66%3AT%3D1711646832%3ART%3D1711646832%3AS%3DAA-Afja3srNg1di3Vdy8EL-OLHbs&prev_fmts=0x0%2C1423x739&nras=2&correlator=7564253146985&frm=20&pv=1&ga_vid=160792758.1711646824&ga_sid=1711646832&ga_hid=830054353&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=2048&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759875%2C44759926%2C44759837%2C31082032%2C31082033%2C42531705%2C44798934%2C31082175%2C95321963%2C95328826%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=4000712547723063&tmod=789755583&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fweekly-news%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=1&fsb=1&dtd=M

Tədqiqatın həmmüəllifi Buckel izah edir ki, təbii qələvi boşluqlara xas olan pH 8.5-də “heç bir zülal tələb olunmur”, “H ₂ -nin H-H bağı dəmir səthində parçalanır və istehlak edilən protonlar yaradır. qələvi su və elektronlar tərəfindən asanlıqla birbaşa ferredoksinə köçürülür.

Erkən təkamüldə , fermentlər və ya hüceyrələr mövcud olmamışdan əvvəl enerji baxımından yüksələn reaksiyanın necə işləyə biləcəyi çox çətin tapmaca olub. Martin deyir: “Bir neçə fərqli nəzəriyyə, elektronların bifurkasiyasının yaranmasından əvvəl ətraf mühitin elektronları enerjili şəkildə ferredoksinə necə endirdiyini irəli sürdü,” dedi Martin, “biz daha sadə ola bilməyən və hidrotermal ventilyasiyaların təbii şəraitində işləyən bir prosesi müəyyən etdik. “

Elektron bifurkasiyanın kəşfindən bəri elm adamları H ₂ -dən yaşayan mikroblarda bu prosesin həm qədim, həm də tamamilə vacib olduğunu müəyyən etdilər . Marburqdakı komandası ətraf mühitin mikrobların bu gün istifadə etdiyi və bəlkə də həyatın başlanğıcında istifadə etdiyi reaksiyalara təsirinə diqqət yetirən Martina Preiner kimi təkamül düşüncəli kimyaçıları narahat edən problem budur: H ₂ oradan əvvəl CO ₂ fiksasiya yolları üçün necə istifadə olunurdu. mürəkkəb zülallar idi?

“Metallar cavab verir,” o deyir, “həyatın başlanğıcında qədim ətraf mühit şəraitində metallar elektronları H _2- dən yoxuşa göndərə bilər və biz müasir hüceyrələrin biologiyasında qorunub saxlanılan ilkin kimyanın qalıqlarını görə bilərik.” Ancaq təkcə metallar kifayət deyil. “H ₂ ətraf mühit tərəfindən də istehsal edilməlidir” deyə Preiner laboratoriyasından birinci müəllif Delfina Pereira əlavə edir.

Belə mühitlər hidrotermal ventilyasiyalarda olur, burada su dəmir tərkibli süxurlarla qarşılıqlı əlaqədə olur və burada H ₂ əmələ gəlir və mikroblar bu gün də enerji mənbəyi kimi həmin hidrogendən yaşayır.

Həm müasir, həm də qədim hidrotermal ventilyatorlar o qədər böyük miqdarda H ₂ əmələ gətirir ki, qaz dəmir tərkibli mineralları parlaq metal dəmirə çevirə bilər.

Max-Planck-Institut für Kohlenforschung Mülheim-in yüksək texnologiyalı materiallar üzrə eksperti və tədqiqatın həmmüəllifi Harun Tüysüz deyir: “Hidrogenin minerallardan metal dəmiri düzəldə bilməsi heç kimə sirr deyil”. “Kimya sənayesində bir çox proseslər reaksiya zamanı metalları minerallardan çıxarmaq üçün H _2- dən istifadə edir.” Təəccüblü olan odur ki, təbiət bunu xüsusilə hidrotermal dəliklərdə edir və bu təbii olaraq yığılmış dəmir həyatın yaranmasında həlledici rol oynaya bilərdi.

_{Dəmir yeni tədqiqatda müəyyən edilmiş yeganə metal idi ki, H 2} -dəki elektronları ferredoksinə yoxuşa göndərə bilirdi . Bununla belə, reaksiya yalnız müəyyən növ hidrotermal havalandırma kanallarında olduğu kimi qələvi şəraitdə işləyir. Düsseldorf qrupundan olan və tədqiqatın birinci müəllifi Natalia Mrnjavac qeyd edir: “Bu, həyatın belə mühitlərdə yarandığı nəzəriyyəsinə çox uyğun gəlir”.

“Ən maraqlısı odur ki, belə sadə kimyəvi reaksiyalar mürəkkəb mənşə prosesini başa düşməkdə mühüm boşluğu aradan qaldıra bilər və biz bu reaksiyaları bu gün laboratoriyada qədim hidrotermal ventilyasiya şəraitində işləyə bilərik .”

Daha çox məlumat: Brabender, Maks, Flavin əsaslı elektron bifurkasiyasının təkamül xəbərçisi kimi dəmir funksiyaları ilə hidrogenlə Ferredoksin azaldılması, Milli Elmlər Akademiyasının əsərləri (2024). DOI: 10.1073/pnas.2318969121 . doi.org/10.1073/pnas.2318969121

Jurnal məlumatı: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları 

Heinrich-Heine Universiteti Düsseldorf tərəfindən təmin edilmişdir