一份新报告揭示了未来能源氢气在 40 亿年前生命起源时如何提供过去的能量。氢气是清洁燃料。它与空气中的氧气燃烧，提供能量，不含CO 2。氢是未来可持续能源的关键。尽管人类刚刚认识到氢气(化学简写为H 2 )的好处，但自地球上存在生命以来，微生物就知道 H 2是良好的燃料。氢是古老的能源。地球上最早的细胞以热液喷口产生的 H 2为生，利用 H 2与 CO 2的反应来制造生命分子。通过 H 2和 CO 2反应而繁衍的微生物可以生活在完全黑暗的环境中，栖息在诡异的原始栖息地，例如深海热液喷口或地壳深处的热岩层，许多科学家认为这些环境是生命本身诞生的地方。《PNAS》现已报道了有关地球上第一批细胞如何利用 H 2作为能源的令人惊讶的新见解。这项新研究由杜塞尔多夫大学的 William F. Martin 和马尔堡马克斯·普朗克陆地微生物研究所 (MPI) 的 Martina Preiner 团队完成，并得到了德国和亚洲合作者的支持。

为了获取能量，细胞首先必须将 H 2中的电子强力推上坡。 “这就像要求河流向上而不是向下流动一样，因此细胞需要工程解决方案，”该研究的三位第一作者之一 Max Brabender 解释道。 15 年前，Wolfgang Buckel 和他的同事 Rolf Thauer 在马尔堡发现了细胞如何解决这个问题。他们发现细胞将氢中的两个电子沿着不同的路径发送。一个电子向下坡走得很远，下坡的距离如此之大，以至于它使滑轮(或虹吸管)之类的东西运动起来，可以将另一个电子有力地拉上坡。这个过程称为电子分岔。在细胞中，它需要几种酶将电子向上发送到一种古老且重要的生物电子载体，称为铁氧还蛋白。这项新研究表明，在典型的天然碱性喷口 pH 值 8.5 下，“不需要蛋白质”，该研究的合著者 Buckel 解释说，“H 2的 H-H 键在铁表面分裂，产生质子，被碱性水和电子消耗，然后很容易直接转移到铁氧还蛋白。”

在酶或细胞出现之前的早期进化过程中，剧烈的反应是如何进行的，一直是一个非常棘手的难题。马丁说：“有几种不同的理论提出，在电子分叉发生之前，环境可能如何将电子积极地推向铁氧还蛋白，我们已经确定了一个非常简单的过程，并且可以在热液喷口的自然条件下发挥作用。” 。

自从发现电子分叉以来，科学家们发现这个过程既古老又对以 H 2为生的微生物来说是绝对必要的。对于像 Martina Preiner 这样具有进化思想的化学家来说，令人烦恼的问题是：在出现之前，H 2是如何被用于 CO 2固定途径的，她的马尔堡团队专注于环境对微生物今天使用的以及可能在生命起源时使用的反应的影响。是复杂的蛋白质吗? “金属提供了答案，”她说，“在生命诞生之初，古代环境条件下的金属可以将 H 2中的电子发送到高处，我们可以看到现代细胞生物学中保存的原始化学遗迹。”但仅靠金属还不够。 “H 2也需要由环境产生”，来自 Preiner 实验室的共同第一作者 Delfina Pereira 补充道。这种环境存在于热液喷口中，在那里水与含铁岩石相互作用产生H 2，并且微生物至今仍以氢为能源生存。

现代和古代的热液喷口都会产生大量的H 2 ，这种气体可以将含铁矿物转化为闪亮的金属铁。马克斯普朗克米尔海姆研究所高科技材料专家、该研究的合著者哈伦·图伊苏兹 (Harun Tüysüz) 表示：“氢可以从矿物中制造金属铁，这已经不是什么秘密了。” “化学工业中的许多工艺都使用 H 2在反应过程中从矿物中提取金属。”令人惊讶的是，大自然也会这样做，特别是在热液喷口，这种自然沉积的铁可能在生命的起源中发挥了至关重要的作用。

铁是新研究中发现的唯一能够将 H 2中的电子向上传送到铁氧还蛋白的金属。但该反应仅在碱性条件下进行，例如在某些类型的热液喷口中。该研究的共同第一作者、杜塞尔多夫研究小组的 Natalia Mrnjavac 指出：“这与生命在这种环境中产生的理论非常吻合。最令人兴奋的是，这种简单的化学反应可以弥补理解复杂起源过程的重要差距，而且我们今天可以在实验室的古代热液喷口条件下看到这些反应。”

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