Одна форма життя мільярди років виробляє енергію "чудовими" способами: що нам відомо

У зв'язку з кліматичною кризою, яка нависла над людством і планетою загалом, люди дедалі частіше звертаються до "зеленого" водню та інших поновлюваних джерел енергії. Тепер дослідники виявили щось дивовижне: археї — третя форма життя після бактерій і еукаріотів — уже мільярди років виробляє енергію, використовуючи газоподібний водень і "ультрамінімальні" ферменти, пише Science Alert.

У новому дослідженні міжнародна група вчених виявила, що щонайменше 9 типів архей, одноклітинних організмів, позбавлених внутрішніх мембранозв'язаних структур, виробляють газоподібний водень, використовуючи ферменти. Раніше вчені припускали, що ці ферменти існують лише у двох інших формах життя.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

У результаті вчені дійшли висновку, що археї не просто мають найменші ферменти, що використовують водень, порівняно з бактеріями та еукаріотами, але їхні ферменти також є найскладнішими нині.

За словами провідного автора дослідження, мікробіолога з Університету Монаша в Австралії Пок Ман Люнга, ці ферменти не тільки крихітні та потужні, але саме вони, схоже, дали змогу археям процвітати в найагресивніших середовищах Землі, де майже відсутній кисень.

Лише нещодавно вчені почали розглядати водень як джерело енергії, проте нам є чому повчитися в цьому питанні в архей, адже вони роблять це мільярди років. Команда вважає, що тепер у біотехнологів є можливість черпати натхнення для промислового виробництва водню в архей.

Зазначимо, саме водень є найпоширенішим елементом у Всесвіті та використовується в усьому світі для виробництва добрив та інших хімікатів, обробки металів, перероблення харчових продуктів і палива. Однак майбутнє використання водню пов'язане з кількома проблемами:

• зберігання енергії;
• виробництво сталі з нульовими викидами.

Вченим відомо, що мікроорганізми виробляють і виділяють газоподібний водень (H2) для різних цілей, зокрема для позбавлення від зайвих електронів, що утворюються під час ферментації. Ферменти, які використовуються для споживання або виробництва H2, називаються гідрогенезами й вперше були досліджені на дереві життя всього близько 8 років тому. Відтоді кількість відомих видів мікробів різко зросла, особливо це стосується архей, що мешкають у найекстремальніших умовах, зокрема:

• гарячих джерелах;
• вулканах;
• глибоководних жерлах.

Водночас більшість архей сьогодні відомі лише за фрагментами їхнього генетичного коду, виявленими в цих середовищах, а багато хто з них не був культивований у лабораторії, оскільки це надзвичайно складно.

Тому команда шукала ген, що кодує частину одного типу гідрогеназа в більш ніж 2300 кластерах видів архей. Далі вчені використовували Google AlphaFold2 для передбачення кодованих ферментів і змогли експресувати їх у бактеріях E. Coli. Таким чином їм вдалося перевірити, чи справді ці гени функціональні та здатні каталізувати водневі реакції.

За словами Люнга, відкриття команди наближає їх до розуміння того, як процес виробництва газоподібного водню дав початок усім еукаріотам, зокрема й людині. Вважається, що всі еукаріоти походять від союзу анаеробної археї та бактерії, яку вона поглинула мільярди років тому. Другий, набагато пізніший ендосимбіоз дав початок предку рослин із хлоропластами.

Результати дослідження також показують, що археї, на відміну від бактерій та еукаріотів, збирають "чудові гібридні комплекси" для своїх потреб у виробництві водню, поєднуючи разом два типи гідрогеназ.

Раніше Фокус писав про те, що мікроб зі щупальцями може бути прямим предком усього складного життя на Землі: що з'ясували вчені.