Para peneliti dari University of Bern, bekerja sama dengan para peneliti dari Australia dan Selandia Baru, telah menciptakan kembali proses penting di laboratorium yang memungkinkan organisme mendapatkan energi langsung dari komponen yang ditemukan di udara. Ini menegaskan bahwa organisme tertentu seperti bakteri sebenarnya dapat hidup di udara sendirian, tanpa mengandalkan sinar matahari atau sumber energi lainnya. Temuan ini menunjukkan kemungkinan baru untuk produksi energi berkelanjutan.
Hidrogen terjadi di atmosfer kita hanya sebagai gas jejak, dalam konsentrasi 0,00005%. Konsentrasi tetap hampir konstan, meskipun 70 juta ton hidrogen yang baru diproduksi setiap tahun – terutama melalui proses fotokimia dan produksi yang diinduksi manusia. Alasan keteguhan ini tidak jelas untuk waktu yang lama, tetapi sekarang diketahui bahwa sebagian besar diserap oleh mikroorganisme seperti bakteri di tanah, yang menggunakan hidrogen sebagai sumber energi. Enzim khusus, yang dikenal sebagai hidrogenase, menangkap molekul hidrogen yang sangat langka dari udara dan mengubahnya menjadi energi.
Para peneliti dari University of Bern, bersama dengan rekan -rekan dari University of Otago, Universitas Teknologi Queensland, Universitas Monash dan Universitas Melbourne, kini telah berhasil untuk pertama kalinya dalam menciptakan kembali proses teoritis produksi energi oleh organisme dari hidrogen di udara di laboratorium. Hasilnya, yang baru saja diterbitkan dalam jurnal ilmiah Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Amerika Serikat (PNA)memberikan bukti pertama bahwa proses tersebut sebenarnya terjadi dan menjelaskan, antara lain, mengapa organisme tertentu dapat bertahan lama untuk waktu yang lama tanpa energi dari matahari atau sumber energi lainnya.
Hidrogen dan oksigen bereaksi membentuk air dan melepaskan energi
Dalam pelajaran kimia, proses pelepasan energi ini ditunjukkan secara klasik menggunakan reaksi oksihidrogen. Dua bagian hidrogen dan satu bagian oksigen dicampur dalam balon dan dinyalakan. Reaksi menghasilkan keras yang keras dan produk reaksi adalah air. Bang keras menunjukkan bahwa kombinasi kedua gas ini sangat kaya energi, tetapi membutuhkan energi awal dalam bentuk panas. Christoph von Ballmoos, pemimpin kelompok penelitian di Departemen Kimia, Biokimia dan Ilmu Farmasi di Universitas Bern dan Inisiator dan Penulis Terakhir Penelitian, menjelaskan: “Pada dasarnya reaksi yang sama terjadi pada sel bakteri yang dibagikan secara ketat secara ketat secara ketat dengan enzim dan tidak memerlukan langkah -langkah yang dibagikan secara ketat secara ketat secara ketat secara ketat secara ketat. ATP energi alih -alih kehilangannya sebagai panas, seperti dalam percobaan oxyhydrogen “.
ATP (adenosine triphosphate) adalah sumber energi terpenting dalam sel dan digunakan untuk berbagai tugas seperti asupan makanan atau produksi DNA dan protein. ATP bertindak seperti baterai yang dapat diisi ulang kecil, yang diregenerasi setelah digunakan.
Untuk menguji apakah proses teoretis ini benar -benar dapat terjadi pada organisme, para peneliti merekonstruksi rantai pernapasan sintetis minimal dari komponen yang dimurnikan. Von Ballmoos mengatakan: “Pada manusia, respirasi seluler terjadi di mitokondria dan mengubah energi dari makanan menjadi ATP. Dalam prosesnya, elektron secara bertahap ditransfer dari molekul kaya energi menjadi oksigen. Energi yang dilepaskan dengan cara ini digunakan untuk menggerakkan siklus proton, yang menghasilkan ATP dengan menggunakan nanoturbin.” Dalam penelitian ini, para peneliti menghasilkan rantai pernapasan sintetis minimal dari hanya tiga enzim yang tertanam dalam membran lipid buatan – salah satunya (hidrogenase) berasal dari Australia, dua lainnya (pompa proton dan nanoturbin) dari Bern. “Salah satu kesulitan dari percobaan ini yang akhirnya dapat kami atasi adalah memasukkan protein ke dalam membran sedemikian rupa sehingga proton dipompa ke arah yang benar,” kata Stefan Moning, penulis kedua studi dan kandidat doktor di Departemen Kimia, Biokimia dan Ilmu Farmasi di Universitas Universitas.
Hidup dari Udara adalah Mungkin
Eksperimen mendukung teori bahwa organisme tertentu hanya dapat menghasilkan energi yang mereka butuhkan untuk hidup dari komponen udara. “Meskipun hidrogen hanya ada di udara dalam jumlah yang sangat kecil, tiga enzim berhasil menghemat energi dari reaksi dan mengubahnya menjadi ATP. Ini bahkan lebih mengesankan mengingat bahwa oksigen adalah 400.000 kali lebih banyak di udara, yang telah dikeluarkan dari vokal yang telah dikenakan pada saat ini. Ballmoos.
“Proses ini tidak hanya menjelaskan mengapa konsentrasi hidrogen di atmosfer tetap konstan, tetapi juga mengapa kehidupan dimungkinkan di gurun Antartika yang kering meskipun tidak adanya molekul organik atau mengapa organisme dapat bertahan hidup lama tanpa sumber energi,” kata Sarah Soom, penulis studi pertama dan mantan mahasiswa Master di Departemen Kimia, BioChemist dan biochemist. Pharsic. “Diasumsikan bahwa gas jejak lain di udara, seperti karbon monoksida atau metana, memungkinkan proses serupa. Tetapi sekarang telah ditunjukkan secara eksperimental untuk pertama kalinya dengan hidrogen. Gagasan bahwa Anda benar -benar dapat hidup di udara sangat menarik,” kata von ballmoos.
Reaksi memungkinkan produksi energi berkelanjutan
Reaksi hidrogen dengan oksigen memiliki air murni sebagai satu -satunya produk limbahnya. “Ini menjadikan metode ini salah satu bentuk pembangkit energi yang paling ramah lingkungan, sebanding dengan itu dari sinar matahari,” kata Soom.
“Kecepatan produksi ATP dapat meningkat berkali-kali jika hidrogen hadir dalam konsentrasi yang lebih tinggi. Jika ini dapat dicapai, misalnya melalui pemisahan air yang dikatalisis cahaya, proses tersebut dapat menetapkan standar baru untuk produksi ATP dalam biologi sintetis,” kata von ballmoos. Produksi ATP yang berkelanjutan dan berkelanjutan adalah penting, misalnya, untuk produksi obat yang didukung enzim atau memahami asal usul kehidupan dalam sistem model. “Masih ada banyak pertanyaan yang belum terjawab dan rantai pernapasan sintetis dapat dioptimalkan lebih lanjut. Namun, pekerjaan tersebut merupakan tonggak menuju kelayakan dan awal untuk aplikasi potensial yang lebih menarik,” simpul von Ballmoos.
