重新定义第三种生命形式潜能——古细菌产生能量机制揭秘

研究团队揭开第三种生命形式如何产生能量的秘密。图片来源：莫纳什大学

科技日报记者 张梦然

古细菌是人类20亿年前的“微生物祖先”。发表在新一期《细胞》杂志上的一项研究结果，或可改写基础生物学教科书：其解释了这些微小的生命形式如何通过消耗和产生氢来制造能量。正是这种简单而可靠的策略，使它们能在地球上一些最恶劣的环境中茁壮成长数十亿年。

人类近年来才开始考虑使用氢气作为能源，但古细菌这样做已有十亿年了。生物技术专家现在有机会从这些古细菌中汲取灵感来生产氢气。澳大利亚莫纳什大学生物医学发现研究所团队成员表示，这一关于地球上最古老生存形式的发现，可能对未来绿色经济领域有重大启示。

在生命金字塔的顶端有三个“领域”：真核生物、细菌和古细菌。古细菌是单细胞生物，可以在地球上最极端的环境中生活。一个被广泛接受的科学理论表明，真核生物（如人类）是从非常古老的古细菌谱系进化而来的，通过交换氢气与细菌细胞融合。

此次团队分析了数千种古细菌的基因组以寻找特殊的酶，然后在实验室中生产这些酶并研究它们的特性。他们发现一些古细菌使用了一种不寻常的酶，其被命名为[FeFe]-氢化酶。制造这些酶的古细菌存在于许多极具挑战性的环境中，譬如温泉、油藏和海底深处。

这些氢化酶的存在，一直以来被认为仅限于生命的两个“领域”：真核生物和细菌，现在首次证明它们也存在于古细菌中。它们在形式和功能上非常多样化，不仅有最小的产氢酶，也有最复杂的产氢酶。

新发现使人们更接近于理解包括人类在内的所有真核生物起源这一关键过程。同时，这项研究还表明，这些古细菌有潜力为工业环境中的生物制氢提供简化的解决方案，在向绿色经济过渡方面具有潜在的应用价值。