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氢气和生命的关系密切到令人吃惊 精选

已有 3889 次阅读 2023-11-26 17:31 |系统分类:观点评述

上周在海南参加全国氢气生物医学会议期间和南京农业大学的沈文飚教授聊天,他说几乎所有研究过的植物都能产生氢气,新稻谷能持续产氢气数月,直到非常干燥为止,破除了外壳的大米失去产氢气的能力,说明氢气产氢气来自稻谷的外壳层组织。

我认为其关键信息是,一切植物都可以产生氢气。我个人因此的想法是,动物细胞也应该能产生氢气。甚至我进一步推测,动物细胞一边产生氢气,同时能利用氢气,就好像线粒体不断产生ATP,但也同时利用ATP,这个数量巨大,但最终的剩余不多,导致我们长期认为动物细胞不产生氢气,甚至也不利用氢气。动物细胞和氢气的关系非常密切。

一、从研究证据角度考虑。

氢气对真核细胞的作用非常强大。

大量研究发现,氢气对动物细胞具有非常强的损伤保护作用。氢气对线粒体的功能具有非常强的影响,甚至能提高其ATP的产生能力。对线粒体代谢也具有非常强的影响。今天的氢气生物医学研究发现,在动物整体水平,包括人类在内,氢气对许多疾病具有治疗作用。

直到今天,地球生命的基础仍然是微生物。没有微生物,植物不能生根,也就难以生长。没有微生物,动物无法正常消化食物。没有微生物,生态链不能正常完成,大型动物植物无法有效被分解成环境成分,无法被重新利用,没有微生物就没有地球生态系统。但许多微生物自身的生存其实是非常艰难的,例如许多土壤微生物,总面临水和能量物质缺乏的窘境,但微生物也拥有在极端环境下生存的技巧,例如许多土壤微生物就是利用空气极其痕量氢气的高手,在极端干旱高温高寒冷等环境条件下,只要有空气存在,就有氢气的存在,虽然数量少,但由于氢气无处不在,能量密度高,是让这些微生物生存下来的重要基础。

二、从进化角度考虑。

按照进化论的观点,一切生命都是低等到高等逐渐进化的。地球上的生命可以分为两大类,非细胞的病毒和细胞类生命,病毒算不算完整的生命仍然存在争议,细胞则是生命的最基本组成单位,细胞生命有两大类,原核生命和真核生命,原核生命或细菌曾经作为一类,但根据最新研究,特别是DNA结构的研究发现,原核生命分为细菌和古菌,其中细菌更原始,古菌更解决真核细胞。更有意思的是,一切真核生命,包括真菌动物和植物,都来自共同的祖先。这一真核祖先细胞竟然来自古菌和真菌的共生体,其中古菌提供了细胞基础,而细菌则是被古菌吞噬,后来演化为线粒体的细菌。按照这种进化的逻辑,由于大约80%的细菌和古菌具有代谢氢气的潜力,而作为真核细胞祖先的古菌,被认为是产甲烷菌,就是一种能利用氢气合成甲烷的氢气利用菌。线粒体的祖先细菌则是能合成氢气的ɑ变形菌。总之,作为真核直接祖先的细菌和古菌,都是氢气代谢者,那么作为后代的所有真核细胞,都具有氢气代谢的潜力,这是一种非常合理的推测。

一切真核细胞,包括动物植物和真菌,都是因为线粒体的出现而出现,而目前学术界比较公认的观点是,线粒体来自ɑ变形菌,今天的一种病原菌立克次就是同类的细菌。让人惊叹的是,线粒体中电子传递链最核心的复合物I的和细菌氢化酶属于同源分子。可以这么说,线粒体就是一种能代谢氢气的古代细菌。所有真核生命,动物植物和真菌,都属于这种能代谢氢气的古代细菌的后代。那么所有拥有线粒体的真核细胞都具有氢气代谢的潜力,氢气代谢包括氢气的产生和氢气的利用。

总之,动物细胞和植物细胞一样,也具有氢气的代谢潜力,或者本来就具有氢气代谢的能力,只不过是被我们忽视的一种能力。

三、从生命起源角度看。

达尔文提出进化论只给我们提供了自然界生命的演化规律,且主要是通过对非微生物的研究获得的规律。其实微生物才是地球生命中体量最大,数量最多,也是维持生态平衡的基础。按照今天的观点看,微生物的演化才是更重要的地球生命演化过程。当然更重要的问题是,地球生命最原始的起源。或者说,地球生命是如何从非生命物质,按照什么过程产生的。

关于生命起源的假说非常多。其中有一些更为合理,也更加受到公认。

生命的起源始于早期的地球,大约在46亿年前。在当时,地球的环境非常不稳定,充满了各种不利于生命的因素。然而,通过一系列的过程,生命的起源最终发生了。最初,这些生命形式可能只是非常简单的有机分子,如氨基酸、糖和核苷酸。这些分子在地球上的早期环境中,可能会相互结合,形成更复杂的有机分子,最终形成了类似于细胞的结构。这些结构被称为原核细胞,是生命起源和演化的关键节点之一。

1952 年的经典米勒-尤里实验表明,大多数氨基酸(蛋白质的化学成分)可以在旨在复制早期地球的条件下由无机化合物合成。 外部能源可能引发了这些反应,包括闪电、辐射、微陨石进入大气层以及海浪中气泡的内爆。 其他方法(代谢优先假设)侧重于了解早期地球化系统中的催化作用如何提供自我复制所必需的前体分子。

有一点是非常明确的,46亿年前的地球大气成分中,氢气的比例非常高,过去只是把氢气的成分作为一种普通的参与者。现在看来,氢气对于地球上有机物的合成是不可缺少的成分。或者说,正是因为有了氢气,才有了生命产生的基础和条件。

总之,无论是从今天的研究证据,还是从地球生命起源,还是地球复杂生命的进化,氢气从来没有缺席,且是重要的参与者。因此氢气就是生命最重要的催化剂,也是地球生命的守护人。

 

目前的证据尚没有明确动物细胞合成和利用氢气的能力,如果能从证据上明确这一现象,并对其分子过程进行全面解析,这一研究将把氢气的生命学价值提升到非常高地位,当然从事这一研究的重要贡献者也将在生命科学或现代科学历史上留下重重一笔。




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