共生细菌为深海贻贝提供氢“燃料电池”

氢燃料电池 作为一种替代燃料来源提供了很多希望,可用于从汽车到发电机的一切设备——但它们仍然昂贵、复杂且大多罕见。事实证明,一个深海生态系统已经在使用这种 便携式燃料电池,可以说是这样。

研究人员发现深海软体动物与一种以氢为燃料来源的细菌共生。这些贻贝是第一个被证明会消耗过热海底热液喷口喷出的氢气的深海生物。

各种各样的生物生活在海底热液喷口周围,它们从化学自养微生物排出的废物中获取能量。在某些情况下,微生物为蠕虫、甲壳类动物和软体动物充当“车载燃料电池”。过去人们认为细菌的化学自养过程只使用两种能量来源:硫氧化共生体使用的硫化氢,以及甲烷氧化共生体使用的甲烷。但德国研究人员发现了一种第三种:氢氧化共生体。他们发现贻贝会消耗氧化的氢。

这一发现对化学工程到天体生物学等多个领域都很有趣。就像生活在热液喷口处的以甲烷为食的生物一样,不需要阳光的以氢为食的化合物是天体生物学家有趣的课题。找到使这种氢代谢成为可能的基因和酶,可能会为微生物学家、海洋学家和遗传学家开辟新的研究问题。

来自马克斯·普朗克海洋微生物研究所和德国卓越集群MARUM的科学家最近对位于大西洋中脊3000米深处(约9800英尺)的Logatchev海底热液喷口进行了考察。据马克斯·普朗克研究所的 新闻稿 称,该区域是迄今为止记录到氢浓度最高的地方。

马克斯·普朗克研究所的研究员、这项关于该热液喷口的新研究的首席作者Nicole Dubilier表示,如果生物体能够在此处氧化氢,对它们来说将比使用其他两种能量来源容易得多——氢氧化提供的能量可以是甲烷氧化提供的七倍,以及硫化物氧化提供的18倍。Dubilier及其同事研究了一种名为Bathymodiolus puteoserpentis的深海贻贝,这种贻贝在Logatchev非常丰富,他们发现一种生活在其鳃中的硫氧化共生体,它利用硫或氢作为能量来源。

Hydrogen Highway
MARUM

研究人员使用遥控深海潜艇将一些贻贝打捞上来,并带到地表。实验表明,这些软体动物正在消耗氢气。回到陆地后,他们进行了更多测试,并鉴定出一种名为氢化酶的酶,据普朗克研究所称,这是氧化氢所需的关键酶。研究人员表示,编码这种酶的基因也在其他深海热液喷口生物中发现。

“我们提出,利用氢作为能量来源的能力在海底热液喷口共生体中很普遍,特别是在氢含量丰富的地区,”作者总结道。他们的论文发表在8月11日的《自然》杂志上。

马克斯·普朗克研究所

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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