ما هي العلاقة بين العتائق والهيدروجين الأخضر؟

في إنجاز مثير، اكتشف العلماء أن العتائق (archaea)، وهي نوع من الكائنات الحية الدقيقة وحيدة الخلية، كانت تسخر قوة غاز الهيدروجين لإنتاج الطاقة لمليارات السنين. وهذا الاكتشاف الرائد له آثار كبيرة على تطوير الهيدروجين الأخضر، وهو مصدر للطاقة النظيفة والمتجددة. اكتشف فريق دولي من الباحثين، بقيادة علماء الأحياء الدقيقة بوك مان ليونج وكريس جرينينج من جامعة موناش في أستراليا، أسرار قدرة العتائق الرائعة على إنتاج غاز الهيدروجين باستخدام إنزيمات “متناهية الصغر”. هذه الإنزيمات الصغيرة، الموجودة في تسع شعب على الأقل من العتائق، ليست فقط أصغر من تلك الموجودة في البكتيريا وحقيقيات النوى ولكنها أيضًا أكثر تعقيدًا وكفاءة. من خلال فهم كيفية قيام العتائق بإنتاج الهيدروجين لمليارات السنين، يمكن للبشر الآن أن يستلهموا من هذه الكائنات الحية الدقيقة لتطوير طرق مستدامة لإنتاج الهيدروجين على نطاق صناعي. ومع التحول العالمي نحو مصادر الطاقة المتجددة، يفتح هذا الاكتشاف إمكانيات جديدة لمستقبل أنظف وأكثر استدامة. فما هي العلاقة بين العتائق والهيدروجين الأخضر؟

المكان الفريد للعتائق في شجرة الحياة

في أعماق أغصان شجرة الحياة، ازدهرت العتائق، وهي نوع من الكائنات الحية وحيدة الخلية، منذ مليارات السنين، ولعبت دورًا محوريًا في النظام البيئي للأرض. كان هؤلاء الأبطال الصغار ينتجون الطاقة باستخدام غاز الهيدروجين والإنزيمات بالغة الصغر، وهي عملية تم تجاهلها إلى حد كبير حتى الآن. لا تشبه العتائق أي شكل آخر من أشكال الحياة، فهي تفتقر إلى الهياكل الداخلية المرتبطة بالغشاء، وقد تكيفت للبقاء على قيد الحياة في بعض أكثر البيئات عدائية على هذا الكوكب، حيث يندر الأكسجين.
مكانها الفريد في شجرة الحياة هو نتيجة لتاريخ تطوري معقد، مع اختلاف العتائق عن السلف المشترك مع حقيقيات النوى منذ حوالي 2.7 مليار سنة. أدى هذا الانقسام القديم إلى تطوير مسارات استقلابية متميزة، مما سمح للعتائق بالازدهار في بيئات قد تكون سامة لأشكال الحياة الأخرى. إن قدرتهم على إنتاج غاز الهيدروجين، على سبيل المثال، هي شهادة على براعتهم، حيث يستخدمون الإنزيمات لتحويل الإلكترونات إلى طاقة.

الفن القديم لإنتاج الهيدروجين

لمليارات السنين، كانت العتائق تتقن فن إنتاج الهيدروجين، قبل وقت طويل من تفكير البشر في تسخير قوتها. لقد طورت هذه الكائنات الحية الدقيقة القديمة أنظمة معقدة لاستغلال الطاقة الناتجة عن غاز الهيدروجين، وهي عملية رائعة وغامضة في نفس الوقت.
وفي قلب هذه العملية تكمن علاقة معقدة بين الإنزيمات، المصممة خصيصًا لاستهلاك وإنتاج الهيدروجين. هذه الإنزيمات، المعروفة باسم هيدروجيناز، هي المفاتيح لكشف أسرار إنتاج الطاقة في العتائق. اكتشف الباحثون أن العتائق تمتلك أصغر الإنزيمات التي تستخدم الهيدروجين مقارنة بالبكتيريا وحقيقيات النوى، إلا أنها الأكثر تعقيدًا حتى الآن. لفهم تعقيدات هذه الإنزيمات، استخدم الباحثون (AlphaFold2) من جوجل للتنبؤ ببنية الإنزيمات المشفرة. ثم قاموا بالتعبير عن هذه الإنزيمات في بكتيريا الإشريكية القولونية لتأكيد وظائفها. وكانت النتائج مذهلة، إذ كانت الإنزيمات نشطة بالفعل وقادرة على تحفيز تفاعلات الهيدروجين في مضيفها البديل.

تخيل مصنعًا عالي الكفاءة، حيث تعمل الإنزيمات بشكل متناغم لإنتاج غاز الهيدروجين، مما يسمح للعتائق بالازدهار في البيئات ذات الحد الأدنى من الأكسجين. لقد تم تحسين هذه العملية القديمة على مدار مليارات السنين، مما جعل العتائق هي الآلات النهائية لإنتاج الهيدروجين.

كيف يمكن للإنزيمات المنتجة للهيدروجين في العتائق أن تُحدث ثورة في الطاقة الخضراء؟

أثار اكتشاف الإنزيمات الفريدة المنتجة للهيدروجين في العتائق موجة جديدة من الإلهام للمهندسين وأخصائيي التكنولوجيا الحيوية. هذه الإنزيمات “متناهية الصغر”، والتي تم تحسينها على مدى مليارات السنين، لديها القدرة على إحداث ثورة في إنتاج الهيدروجين الأخضر.
ومن خلال دراسة الآليات المعقدة لهذه الإنزيمات، يمكن للباحثين تطوير استراتيجيات تكنولوجية حيوية جديدة لإنتاج الهيدروجين صناعيًا. وهذا يمكن أن يؤدي إلى اعتماد الهيدروجين الأخضر على نطاق واسع كمصدر للطاقة النظيفة والمستدامة.

• الهيدروجين الأخضر، من أجل مستقبل أفضل
• فائزان بنوبل الكيمياء 2021، من هما؟ وماذا قدما للبشرية؟
• كيف تختار شركات الأدوية المركب الدوائي الأنسب ؟
• ما هي الأنزيمات؟
• ما هي تقنيات إنتاج الهيدروجين؟

التطبيقات الواعدة

بينما نكشف أسرار إنتاج الهيدروجين في العتائق، فإننا لا نتعلم فقط عن عملية قديمة، بل نفتح الباب أمام مستقبل مستدام. تخيل عالما حيث الطاقة نظيفة وخضراء وغير محدودة تقريبا. هذا هو الوعد بإنتاج الهيدروجين المستوحى من العتائق.
ومع القدرة على إنتاج الهيدروجين على نطاق صناعي باستخدام إنزيمات العتائق بالغة الدقة، يمكننا إحداث ثورة في الطريقة التي نولد بها الطاقة. تخيل أننا نزود منازلنا وسياراتنا وصناعاتنا بالطاقة باستخدام خلايا وقود الهيدروجين عديمة الانبعاثات. إنه مستقبل حيث إنتاج الطاقة ليس نظيفًا فحسب، بل غير محدود أيضًا، حيث أن الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون.
علاوة على ذلك، فإن هذا الاكتشاف لديه القدرة على إحداث تحول في صناعات مثل صناعة الصلب، حيث يتم استخدام الهيدروجين لتنقية المعادن، مما يسمح لنا بإنتاجه بدون انبعاثات. سيكون التأثير على البيئة عميقًا، حيث يعد إنتاج الصلب أحد أكبر المساهمين في انبعاثات الغازات الدفيئة.
وبينما نستكشف إمكانيات إنتاج الهيدروجين المستوحى من العتائق، فإننا لا نتحدث فقط عن مصدر جديد للطاقة، بل نتحدث عن حقبة جديدة من الاستدامة. عصر لا يكون فيه إنتاج الطاقة نظيفًا فحسب، بل لا مركزيًا أيضًا، مما يسمح للمجتمعات بتوليد الطاقة الخاصة بها والتحرر من الشبكات.

المصادر:

Third Form of Life Makes Energy in ‘Remarkable’ Ways, Scientists Discover / science alert