पृथ्वी के कुछ सबसे प्राचीन जीव हाइड्रोजन पर जीवित रह सकते हैं, उनकी रासायनिक शक्तियां अद्भुत

(पोक मैन लेउंग, मोनाश विश्वविद्यालय, और क्रिस ग्रीनिंग, मोनाश विश्वविद्यालय)

सिडनी, 18 जून (द कन्वरसेशन) ब्रह्मांड में सभी पदार्थों का तीन-चौथाई हिस्सा हाइड्रोजन से बना है। भयंकर भूवैज्ञानिक और ज्वालामुखी गतिविधि के कारण युवा पृथ्वी भी हाइड्रोजन से समृद्ध थी।

जिस तरह तारे परमाणु प्रतिक्रियाओं के माध्यम से गर्मी और प्रकाश उत्पन्न करने के लिए हाइड्रोजन को जलाते हैं, उसी तरह रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से इस सरल अणु से ऊर्जा निकालकर जीवन का उदय हुआ।

इनमें से कुछ प्रारंभिक जीवन रूप आर्किया थे: जीवन का एक रहस्यमय तीसरा रूप जिसे केवल 1970 के दशक में खोजा गया। (अन्य दो रूप बैक्टीरिया और यूकेरियोट्स हैं, वह समूह जिसमें सभी जानवर, पौधे और कवक शामिल हैं।)

हमने यह समझने के लिए आर्किया की हजारों प्रजातियों का अध्ययन किया है कि वे हमारे लगातार बदलते ग्रह पर अरबों वर्षों तक कैसे पनपी हैं। उनके आनुवंशिक ब्लूप्रिंट में हमें हाइड्रोजन गैस से ऊर्जा प्राप्त करने के लिए विशेष एंजाइम (जिन्हें हाइड्रोजनेसिस कहा जाता है) के उत्पादन के संकेत मिले, जो उन्हें पृथ्वी पर कुछ सबसे कठिन वातावरणों में जीवित रहने में मदद देता है। हमारा नवीनतम शोध सैल और नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित हुआ है।

बेहतर सूचना से बेहतर निर्णयों की शुरूआत

हाइड्रोजन द्वारा संचालित जीवन

आर्किया उन स्थानों पर पाए जाते हैं जहां कोई अन्य जीव जीवित नहीं रह सकता। उदाहरण के लिए, कुछ उबलते गर्म झरनों में पनपते हैं जहां पानी इतना अम्लीय होता है कि वह लोहे को भी पिघला देता है।

यहां, पृथ्वी की पपड़ी में भू-तापीय प्रक्रियाओं से हाइड्रोजन लगातार बनता रहता है। आर्किया अपने शरीर की मरम्मत के लिए इस हाइड्रोजन का उपभोग करते हैं और यहां तक ​​कि कभी-कभी घातक परिस्थितियों में भी बढ़ते हैं।

हमने पाया कि कुछ आर्किया अतिरिक्त खाद्य स्रोत के रूप में हवा में मौजूद हाइड्रोजन की सूक्ष्म मात्रा का भी उपयोग कर सकते हैं। यह क्षमता संभवतः उन्हें वायुमंडल के माध्यम से एक हाइड्रोजन-समृद्ध गर्म पानी के झरने से दूसरे तक परिवहन में जीवित रहने में मदद करेगी।

अंधेरे में जीवित रहना

कई आर्किया सतह पर नहीं पाए जाते हैं, लेकिन जमीन के अंदर दूर एक शांत जीवन जीते हैं। पौधे और जानवर इस वातावरण में जीवित नहीं रह सकते क्योंकि उन्हें बनाए रखने के लिए कोई प्रकाश या ऑक्सीजन नहीं है।

आर्किया ने एक समाधान ढूंढ लिया है: वे पौधों या जानवरों के अवशेषों से गहराई से दबे कार्बनिक पदार्थों को तोड़ देते हैं। वे ऐसा ‘हाइड्रोजन-निर्माण किण्वन’ नामक प्रक्रिया के माध्यम से करते हैं।

जिस तरह बीयर किण्वन की प्रक्रिया में यीस्ट चीनी को कार्बन डाइऑक्साइड के उत्पादन में परिवर्तित करते हैं, उसी तरह ये अंधेरे में रहने वाले आर्किया कार्बनिक पदार्थ को हाइड्रोजन गैस के उत्पादन में परिवर्तित करते हैं।

इस प्रक्रिया से कुछ ऊर्जा तो निकलती है, लेकिन थोड़ी ही। जीवित रहने के लिए, कुछ आर्किया अपनी ऊर्जा आवश्यकताओं को कम करने के लिए अति-छोटी कोशिकाएँ बनाते हैं। कई अन्य रोगाणुओं के परजीवी भी हैं, जो अपने विकास को बढ़ावा देने के लिए कार्बनिक पदार्थ चुराते हैं।

आर्किया मीथेन बनाते हैं

कई आर्किया चरम वातावरण में रहते हैं, लेकिन कुछ जानवरों में गर्म घर पा लेते हैं।

जानवरों की आंत में, कई बैक्टीरिया हाइड्रोजन बनाने वाले किण्वन के माध्यम से भोजन को पचाने में मदद करते हैं। लेकिन आर्किया का एक समूह जिसे मिथेनोजेन्स के नाम से जाना जाता है, हाइड्रोजन खाता है और शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैस मीथेन बाहर निकालता है।

मीथेनोजेन विशेष रूप से मवेशियों की आंतों में प्रचुर मात्रा में और सक्रिय होते हैं, जो मानव-जनित मीथेन उत्सर्जन के लगभग एक-तिहाई के लिए जिम्मेदार होते हैं। हम इन उत्सर्जनों को कम करने के लिए आंत मेथेनोजेन्स की गतिविधि को रोकने के तरीकों पर भी काम कर रहे हैं।

ये वही आर्किया है, जो कई अन्य स्रोतों से मीथेन उत्सर्जन के लिए भी जिम्मेदार हैं, दीमकों के टीलों से लेकर पर्माफ्रॉस्ट और यहां तक ​​कि पेड़ों से भी।

आर्किया की हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था से सीखना

जैसे-जैसे हमारा समाज जीवाश्म ईंधन से दूर जाने की कोशिश करता है, हम आर्किया की हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था से सीखने में सक्षम हो सकते हैं, जो अरबों वर्षों से फल-फूल रही है।

पृथ्वी का अधिकांश हाइड्रोजन पानी में बंधा हुआ है। (यह एच2ओ में एच है।) हाइड्रोजन निकालने और इसके साथ काम करने के लिए, उद्योगों को वर्तमान में प्लैटिनम जैसे महंगे उत्प्रेरक की आवश्यकता है। हालाँकि, जैविक हाइड्रोजन उत्प्रेरक, एंजाइम भी हैं जिन्हें हाइड्रोजनेसिस कहा जाता है, जिन्हें कीमती धातुओं की आवश्यकता नहीं होती है और वे व्यापक परिस्थितियों में काम करते हैं।

हमने पाया है कि कुछ आर्किया अत्यधिक सुव्यवस्थित हाइड्रोजन गैस बनाते हैं। ये एंजाइम अधिक कुशल और किफायती हाइड्रोजन उत्प्रेरक के लिए आधार बन सकते हैं।

हाइड्रोजन और जीवन का इतिहास

शायद हाइड्रोजन हमारी भविष्य की ऊर्जा की कुंजी है। लेकिन यह उल्लेखनीय है कि हाइड्रोजन हमारे अतीत की व्याख्या करने में भी मदद करता है।

पहला यूकेरियोट्स (सभी जानवरों, पौधों और कवक के पूर्वज) लगभग दो अरब साल पहले विकसित हुए थे, जब एक आर्कियल कोशिका और एक जीवाणु कोशिका एक साथ विलीन हो गईं।

उनका विलय क्यों हुआ? सबसे व्यापक रूप से स्वीकृत सिद्धांत, जिसे ‘हाइड्रोजन परिकल्पना’ के रूप में जाना जाता है, सुझाव देता है कि दो कोशिकाओं के विलय से उन्हें हाइड्रोजन गैस का अधिक कुशलता से आदान-प्रदान करने की अनुमति मिलती है। एक संभावित परिदृश्य यह है कि आर्कियल कोशिका हाइड्रोजन बनाकर बच गई, जिसे जीवाणु कोशिका ने अपनी ऊर्जा बनाने के लिए खा लिया।

अंततः, इस प्रक्रिया ने एक अरब वर्षों के विकास में सभी यूकेरियोट्स को जन्म दिया। मनुष्यों सहित अधिकांश आधुनिक यूकेरियोट्स ने तब से हाइड्रोजन का उपयोग करने की क्षमता खो दी है।

लेकिन प्राचीन आर्किया और बैक्टीरिया के निशान अभी भी मौजूद हैं। हमारी कोशिकाओं का शरीर आर्किया से आता है, जबकि कोशिकाओं के अंदर ऊर्जा पैदा करने वाले अंग जिन्हें माइटोकॉन्ड्रिया कहा जाता है, बैक्टीरिया से प्राप्त होते हैं।

हाइड्रोजन सरल हो सकता है, लेकिन इसने पृथ्वी पर काफी जटिलताएँ पैदा करने में मदद की है।

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