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生命离不开氢气的呵护

发布时间:2021-09-06本文来源: 氢思语

 

早期地球的主要大气富含还原性气体,如氢气(H2)、一氧化碳(CO)和甲烷(CH4)这也正是许多生命起源的环境条件。氢气无处不在,这种分子的活化能需求很低,也就是说非常容易变成氢原子与其他物质发生化学反应,最常见的化学反应是氢气还原其他具有氧化作用的物质,例如氧气分子。这种氧化还原反应可以释放出化学能,这可给生命过程提供了能量基础。

-中心生命起源假说认为NiFe/FeS的活性中心类似于氢化酶的活性位点可催化氢气转化为质子和电子,这可能在10亿年前出现导致了最早生物源氢气地球氢气池。

氢化酶在生命树中有很好的代表,因为它们在30多个门的数千个基因组中被发现(1-3)包括人类和植物基因都包含这种基因,估计比例远远超过30个门。

氢化酶支持各种生态系统中自养和混合营养生活方式,包括土壤、水生和动物相关的生态位。生态位是指一个种群在生态系统中,在时间空间上所占据的位置及其与相关种群之间的功能关系与作用。生态位又称生态龛。表示生态系统中每种生物生存所必需的生境最小阈值。

在土壤中,微生物生长往往受到碳源和营养物质匮乏的限制,意味着只要不影响生存即使营养不足微生物也能迅速生长。氢气在环境中普遍存在,需要较低的活化能,易于渗透微生物细胞。氢气的普遍存在主要是由于其对物质的高穿透能力,以及地球地幔中非生物生成氢气和通过生物发酵、固氮等过程产生氢气在大多数生态系统中,氢气还原多种氧化剂。氢气可提供快速能量补充帮助微生物克服短期或长期饥饿生存间隔(氢气作为一直普遍分布的生物能源,给细菌的持续生存提供了雪中送炭的帮助)。某些研究从热力学和生物能量的角度计算了这个最小的能量需求。

[1] S Piché-Choquette, Constant P . Molecular hydrogen, a neglected key driver of soil biogeochemical processes[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2019.

<p style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important; clear: both; min-height: 1em; color: rgb(51, 51, 51); font-family: -apple-system, BlinkMacSystemFont, " helvetica="" neue",="" "pingfang="" sc",="" "hiragino="" sans="" gb",="" "microsoft="" yahei="" ui",="" yahei",="" arial,="" sans-serif;="" font-size:="" 17px;="" font-style:="" normal;="" font-variant-ligatures:="" font-variant-caps:="" font-weight:="" 400;="" letter-spacing:="" 0.544px;="" orphans:="" 2;="" text-align:="" justify;="" text-transform:="" none;="" white-space:="" widows:="" word-spacing:="" 0px;="" -webkit-text-stroke-width:="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-decoration-style:="" initial;="" text-decoration-color:="" text-indent:="" 28px;="" line-height:="" 34px;"="">[2] Morita RY. Is H(2) the Universal Energy Source for Long-Term Survival? Microb Ecol. 1999 Nov;38(4):307-320. doi: 10.1007/s002489901002. PMID: 10758178.氢气是生命生存的宇宙能源?