पोक मैन लेउंग, क्रिस ग्रीनिंग और स्टीवन चाउन, मोनाश यूनिवर्सिटी मेलबर्न, 15 नवंबर 15 (द कन्वरसेशन) मनुष्यों ने हाल ही में ऊर्जा के स्रोत के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करने के बारे में सोचना शुरू किया है, लेकिन अंटार्कटिका में बैक्टीरिया एक अरब वर्षों से ऐसा कर रहे हैं।
हमने पूर्वी अंटार्कटिका में जमी हुई मिट्टी से 451 विभिन्न प्रकार के जीवाणुओं का अध्ययन किया और पाया कि उनमें से अधिकांश ईंधन के रूप में हवा से हाइड्रोजन का उपयोग करके जीवित रहते हैं। आनुवंशिक विश्लेषण के माध्यम से, हमने लगभग एक अरब साल पहले इन जीवाणुओं को अन्य महाद्वीपों में उनके चचेरे भाइयों से अलग पाया।
ये अविश्वसनीय सूक्ष्मजीव पूर्वी अंटार्कटिका में मैके ग्लेशियर के उत्तर में बर्फ मुक्त रेगिस्तानी मिट्टी में पाए जाते हैं। कुछ ऊंचे पौधे या जानवर इस वातावरण में पल बढ़ सकते हैं, जहां पानी कम उपलब्ध है, तापमान शून्य से नीचे है, और ध्रुवीय सर्दियां गहरी काली होती हैं।
कठोर परिस्थितियों के बावजूद, सूक्ष्मजीव पनपते हैं। एक ग्राम मिट्टी में सैकड़ों जीवाणु प्रजातियां और लाखों कोशिकाएं पाई जा सकती हैं, जिससे एक अद्वितीय और विविध पारिस्थितिकी तंत्र बनता है।
ऐसे सर्द और मुश्किल माहौल में सूक्ष्मजीव समुदाय कैसे जीवित रहते हैं? प्रकाश संश्लेषण के लिए एक भरोसेमंद विकल्प हमने पाया कि इन अंटार्कटिक मिट्टी के जीवाणुओं में से एक चौथाई से अधिक रूबिसको नामक एक एंजाइम बनाते हैं, जो पौधों को हवा से कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने और इसे बायोमास में बदलने के लिए सूर्य के प्रकाश का उपयोग करता है। यह प्रक्रिया, प्रकाश संश्लेषण, पृथ्वी पर अधिकांश कार्बनिक कार्बन उत्पन्न करती है।
हालांकि, हमने पाया कि 99% से अधिक रूबिसको युक्त बैक्टीरिया सूर्य के प्रकाश को पकड़ने में असमर्थ थे। इसके बजाय, वे केमोसिंथेसिस नामक एक प्रक्रिया करते हैं।
कार्बन डाइऑक्साइड को बायोमास में बदलने के लिए सूर्य के प्रकाश पर निर्भर होने के बजाय, वे अकार्बनिक यौगिकों जैसे हाइड्रोजन, मीथेन और कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग करते हैं।
हवा पर जीना
जीवाणु इन ऊर्जा-समृद्ध यौगिकों को कहाँ पाते हैं? मानो या न मानो, सबसे विश्वसनीय स्रोत हवा है!
हवा में नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड के उच्च स्तर होते हैं, लेकिन हाइड्रोजन, मीथेन और कार्बन मोनोऑक्साइड के ऊर्जा स्रोतों की मात्रा भी मौजूद रहती है।
वे केवल बहुत कम सांद्रता में हवा में मौजूद होते हैं, लेकिन इतनी हवा होती है कि यह जीवों के लिए इन अणुओं की लगभग असीमित आपूर्ति प्रदान करती है जो उनका उपयोग कर सकते हैं।
और कई कर सकते हैं। अंटार्कटिक मिट्टी के लगभग 1% बैक्टीरिया मीथेन का उपयोग कर सकते हैं, और करीब 30% कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग कर सकते हैं।
अधिक उल्लेखनीय रूप से, हमारे शोध से पता चलता है कि अंटार्कटिक मिट्टी के 90% बैक्टीरिया हवा से हाइड्रोजन का परिमार्जन कर सकते हैं।
बैक्टीरिया हाइड्रोजन, मीथेन और कार्बन से एक रासायनिक प्रक्रिया में ऑक्सीजन के साथ संयोजन करके ऊर्जा प्राप्त करते हैं जो बहुत धीमी गति से जलने की तरह होती है।
हमारे प्रयोगों से पता चला है कि बैक्टीरिया -20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भी वायुमंडलीय हाइड्रोजन का उपभोग करते हैं, और वे अपनी सभी ऊर्जा आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पर्याप्त उपभोग कर सकते हैं।
इसके अलावा, हाइड्रोजन रसायनसंश्लेषण को शक्ति प्रदान कर सकता है, जो पूरे समुदाय को बनाए रखने के लिए पर्याप्त कार्बनिक कार्बन प्रदान कर सकता है। अन्य बैक्टीरिया अपने हाइड्रोजन-संचालित पड़ोसियों या उनके द्वारा उत्पादित कार्बन-समृद्ध ऊर्जा खाकर इस कार्बन तक पहुंच सकते हैं।
पतली हवा से पानी
जब आप हाइड्रोजन जलाते हैं, या जब बैक्टीरिया उससे ऊर्जा लेते हैं, तो पानी ही एकमात्र उपोत्पाद होता है।
पानी बनाना अंटार्कटिक बैक्टीरिया के लिए एक महत्वपूर्ण बोनस है। वे एक अति-शुष्क रेगिस्तान में रहते हैं, जहां पानी अनुपलब्ध है क्योंकि आसपास की बर्फ लगभग स्थायी रूप से जमी हुई है और शुष्क, ठंडी हवा से मिट्टी में कोई भी नमी तेजी से चूस जाती है।
तो ‘‘पतली हवा’’ से पानी उत्पन्न करने की क्षमता यह बता सकती है कि ये बैक्टीरिया इस वातावरण में लाखों वर्षों से कैसे मौजूद हैं। हमारी गणना के अनुसार, हाइड्रोजन-संचालित जल उत्पादन की दरें केवल दो सप्ताह के भीतर पूरे अंटार्कटिक सेल का पुनर्जलीकरण करने के लिए पर्याप्त है।
‘‘हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था’’ को अपनाकर, ये जीवाणु ऊर्जा, बायोमास और जलयोजन की अपनी आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। यानी एक तीर से तीन शिकार।
क्या हाइड्रोजन दूसरे ग्रहों पर जीवन को बनाए रख सकता है
ब्रह्मांड में हाइड्रोजन सबसे आम तत्व है, जो सभी पदार्थों का लगभग तीन-चौथाई हिस्सा है। यह कुछ अन्य ग्रहों पर वायुमंडल का एक प्रमुख घटक है, जैसे कि एचडी 189733 बी जो पृथ्वी से 64.5 प्रकाश वर्ष दूर एक तारे की परिक्रमा करता है।
यदि ऐसे ग्रह पर जीवन मौजूद होता, जहां स्थितियां पृथ्वी के अधिकांश हिस्सों की तरह अनुकूल नहीं हैं, तो हाइड्रोजन का इस्तेमाल जीवन को बनाए रखने की सबसे सरल और सबसे भरोसेमंद रणनीति हो सकती है।
पानी की मौजूदगी दूसरे ग्रहों पर जीवन की खोज का मंत्र है। लेकिन अगर बैक्टीरिया सचमुच हवा से पानी बना सकते हैं, तो शायद पृथ्वी से परे जीवन खोजने की कुंजी हाइड्रोजन की खोज हो सकती है।
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