מחקר שנערך לאחרונה מגלה שארכיאה, מיקרואורגניזמים עתיקים, מנצלים גז מימן כדי לשרוד בסביבות קיצוניות, ומציעים תובנות ליישומים ביוטכנולוגיים פוטנציאליים בייצור מימן וכלכלה ירוקה בת קיימא.
צוות בינלאומי של מדענים שינה את ההבנה שלנו לגבי ארכאה, אבות חיידקים קדומים של בני אדם המתוארכים לשני מיליארד שנים, על ידי הדגמת השימוש שלהם בגז מימן.
הממצאים, שפורסמו ב תָא, חושפים כיצד מיקרואורגניזמים אלו מייצרים אנרגיה על ידי צריכה והפקה של מימן. השיטה הפשוטה אך האמינה הזו אפשרה להם לשרוד ולשגשג בכמה מהסביבות הקיצוניות ביותר של כדור הארץ במשך מיליארדי שנים.
המאמר, בראשות מדעני המכון לגילוי ביו-רפואה של אוניברסיטת מונאש, כולל פרופסור כריס גרינינג, פרופסור ג'יל בנפילד וד"ר בוב לאונג, משכתב את ספר הלימוד בביולוגיה בסיסית.
אסטרטגיות האנרגיה העתיקות של ארכאאה
ד"ר בוב ליונג אמר שהתגלית הזו על אחת מצורות הקיום העתיקות ביותר של כדור הארץ עשויה גם לתמוך בקיום האנושי, כולל תכנון דרכים חדשות לשימוש במימן לכלכלה ירוקה עתידית.
"בני אדם החלו לחשוב רק לאחרונה על שימוש במימן כמקור אנרגיה, אבל הארכאים עושים זאת כבר מיליארד שנים. לביוטכנולוגים יש כעת הזדמנות לקחת השראה מהארכאים הללו כדי לייצר מימן באופן תעשייתי."
בחלק העליון של פירמידת החיים, ישנם שלושה "תחומי חיים": אוקריוטים (שאליהם נופלים בעלי חיים, צמחים ופטריות), חיידקים וארכיאה. ארכאים הם אורגניזמים חד-תאיים שיכולים לחיות בסביבות הקיצוניות ביותר של כדור הארץ. התיאוריה המדעית המקובלת ביותר מציעה גם כי אוקריוטים, כמו בני אדם, התפתחו משושלת עתיקה מאוד של ארכיאה המתמזגת עם תא חיידקים באמצעות החלפת גז מימן.
"הממצא שלנו מקרב אותנו צעד נוסף להבנה כיצד תהליך מכריע זה הוליד את כל האיקריוטים, כולל בני אדם.", אומר ליונג.
הצוות ניתח את הגנום של אלפי ארכיאה לאנזימים המייצרים מימן ולאחר מכן ייצר את האנזימים במעבדה כדי לחקור את המאפיינים שלהם. הם גילו שחלק מהארכאות משתמשות בסוגים יוצאי דופן של אנזימים הנקראים (FeFe)-hydrogenases.
גילוי של אנזימים מגוונים בסביבות קיצוניות
הארכיאה המייצרת את האנזימים המשתמשים במימן נמצאה ברבות מהסביבות המאתגרות ביותר של כדור הארץ, כולל מעיינות חמים, מאגרי נפט ועומק מתחת לקרקעית הים.
ההידרוגנזות הללו נחשבו מוגבלות לשני "תחומי חיים" בלבד: איקריוטים וחיידקים. כאן, הצוות הראה שהם נוכחים בארכאה בפעם הראשונה ושהם מגוונים להפליא בצורתם ובתפקודם.
לא רק לארכיאה יש את הכי קטן אנזימים המשתמשים במימן, אבל יש להם גם הכי הרבה מורכב אנזימים המשתמשים במימן.
המאמר מראה שלחלק מהארכאים יש את האנזימים הקטנים ביותר לייצור מימן מכל צורת חיים על פני כדור הארץ. זה יכול להציע פתרונות יעילים לייצור מימן ביולוגי בסביבה תעשייתית.
פרופסור כריס גרינינג אמר כי לתגליות אלו כיצד ארכיאה משתמשת במימן יש יישומים פוטנציאליים למעבר לכלכלה ירוקה.
"התעשייה משתמשת כיום בזרזים כימיים יקרים כדי להשתמש במימן. עם זאת, אנו יודעים מהטבע שתפקודם של זרזים ביולוגיים יכול להיות יעיל וגמיש ביותר. האם נוכל להשתמש בהם כדי לשפר את האופן שבו אנו משתמשים במימן?"
עם מקורות עתיקים ויישומים פוטנציאליים בביוטכנולוגיה, ארכאים ממשיכים לרתק את החוקרים ולהחזיק באפיקים מבטיחים לגילוי ותרגום נוסף.
