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微生物可制氫氣，可信嗎?

2015-11-28 15:30:10

近日有研究人員發(fā)表在自然科學(xué)報(bào)的最新發(fā)現(xiàn)涉及一種被稱為藍(lán)桿菌51142的藍(lán)藻，也被稱為藍(lán)綠藻，它可以產(chǎn)生氫氣——這是可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)，也是世人矚目的焦點(diǎn)。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，機(jī)體利用意想不到的能量源產(chǎn)生氫氣。研究者們已經(jīng)知道藍(lán)藻菌利用在生長過程中儲(chǔ)存的糖分產(chǎn)氫。而在這項(xiàng)研究中，藍(lán)藻菌直接利用陽光和水制造氫從而產(chǎn)生二次能源!

23億年前，藍(lán)藻菌等生物通過生產(chǎn)氧氣在地球上存活。他們還將豐富的氮轉(zhuǎn)化為大氣中對(duì)地球上所有植物的生命至關(guān)重要的含氮礦物質(zhì)。Bernstein(PNNL著名的博士后研究員)認(rèn)為，這是個(gè)了解和改進(jìn)地球上生命的極好開端。

這些生物大多配備了固氮酶，可將惰性氣體氮轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)植物和其他生物更有用的形式。長期以來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)固氮酶產(chǎn)生少量的氫分子。而當(dāng)?shù)獨(dú)獠怀渥銜r(shí)，有機(jī)體就會(huì)產(chǎn)生氫氣。固氮酶的這種功能正是Bernstein 和Beliaev等科學(xué)家的研究重點(diǎn)。

該團(tuán)隊(duì)在生物反應(yīng)器中放置藍(lán)桿菌51142數(shù)周，并提供24小時(shí)燈照和有限的氮?dú)狻Ｔ撔〗M使用一系列高科技設(shè)備，將其把光能量轉(zhuǎn)化為氫過程中產(chǎn)生的復(fù)雜微小的變化記錄下來?？茖W(xué)家們?cè)?/font>EMSL實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了許多分析實(shí)驗(yàn)，來“監(jiān)視”反應(yīng)過程中有機(jī)體的基因和蛋白質(zhì)。

該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一項(xiàng)“多組學(xué)實(shí)驗(yàn)”，研究基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的生物活性，以及其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。藍(lán)藻菌開啟固氮酶蛋白的活性時(shí)，科學(xué)家們?cè)?/font>8個(gè)獨(dú)立的時(shí)間超過48個(gè)小時(shí)的進(jìn)程中對(duì)5303個(gè)基因和1360個(gè)蛋白質(zhì)仔細(xì)審查，整個(gè)過程中限制供氮。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，除了借鑒其先前儲(chǔ)存的能量，藍(lán)藻菌捕獲光并用此來分解水以實(shí)時(shí)生成氫氣。生物體的一部分通過收集光的能量來創(chuàng)造能量，另一部分同時(shí)利用該能量產(chǎn)生氫氣。

強(qiáng)力制氫

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，藍(lán)藻菌是強(qiáng)大的氫氣生產(chǎn)器，其產(chǎn)氫速度要高于其他已知自然系統(tǒng)。

Bernstein說：“這種微生物可快速產(chǎn)生大量氫氣，可用作產(chǎn)氫過程的催化劑。”制氫的酶需要大量能量。真正的問題是，這種酶是如何建立能量收支平衡的?然后，我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)和控制它來制造可再生燃料和推進(jìn)生物技術(shù)?Beliaev和同事的研究表明光合作用與固氮酶可協(xié)同產(chǎn)氫，他們的研究目的主要是了解在本質(zhì)上的基本過程，進(jìn)而學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)和控制復(fù)雜的生物系統(tǒng)。

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