เอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาเปลี่ยนไฮโดรเจนในอากาศให้เป็นพลังงานสามารถใช้ประโยชน์ในการใช้งานต่างๆ เช่น เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนราคาถูกและมีประสิทธิภาพ เอนไซม์ที่สกัดจากแบคทีเรียโดยนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยโมนาชในออสเตรเลียนั้นไม่มีความไวต่อออกซิเจน ซึ่งแตกต่างจากตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรเจนออกซิไดซ์อื่น ๆ รวมทั้งแพลทินัม “เอนไซม์ไฮโดรจีเนส ที่เรียกว่า Huc มีความสัมพันธ์
กับไฮโดรเจนสูง
จนสามารถออกซิไดซ์ความเข้มข้นของไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศได้”หัวหน้าทีมศึกษาอธิบาย “สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรเจนออกซิไดซ์ที่รู้จักทั้งหมดซึ่งไม่สามารถใช้ไฮโดรเจนในระดับแวดล้อมได้” การศึกษาของทีม เกี่ยวกับ Huc ย้อนหลังไปถึงปริญญาเอกของประมาณเก้าปีที่แล้ว
เขาและเพื่อนร่วมงานกำลังศึกษาว่า สามารถอยู่รอดได้นานหลายปีโดยไม่ต้องเข้าถึงแหล่งอาหารออร์แกนิกได้อย่างไร งานนี้นำไปสู่การค้นพบที่น่าประหลาดใจ เล่าว่าแบคทีเรียมีชีวิตอยู่ในอากาศจริงๆ “มันใช้ไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศและใช้สิ่งนี้สำหรับการหายใจแบบใช้ออกซิเจน”
แหล่งพลังงานที่แพร่หลาย เนื่องจากไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศเป็นแหล่งพลังงานที่แพร่หลาย กระจายตัวได้ และมีศักยภาพ จึงให้เส้นชีวิตที่พึ่งพาได้สำหรับการอยู่รอดของแบคทีเรียหลายชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่ขาดสารอาหาร เช่น ดินแอนตาร์กติก ปล่องภูเขาไฟ และมหาสมุทรลึก
อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ นักวิจัยไม่ทราบว่าแบคทีเรียใช้ประโยชน์จากปริมาณไฮโดรเจนในอากาศได้อย่างไร ในงานใหม่นี้ และเพื่อนร่วมงานได้แยก Huc ออกจาก ด้วยการใช้เทคนิคทางจุลทรรศน์ขั้นสูง เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเลคตรอนแบบไครโออิเล็กตรอน เพื่อกำหนดโครงสร้างอะตอม
และทางเดินไฟฟ้า เช่นเดียวกับการใช้เคมีไฟฟ้า พวกเขาแสดงให้เห็นว่า Huc เปลี่ยนความเข้มข้นเล็กน้อยของก๊าซ H 2 ให้เป็นกระแสไฟฟ้าด้วยประสิทธิภาพที่ไม่ธรรมดา ในขณะที่ไม่ไวต่อออกซิเจน (ซึ่งโดยปกติแล้ว ทำหน้าที่เป็น “พิษ” สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรเจนออกซิไดซ์) มันทำสิ่งนี้
โดยการควบ
รวมออกซิเดชั่นของชั้นบรรยากาศ H 2 เข้ากับปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันของเมนาควิโนนพาหะของอิเล็กตรอน ในทางเดินหายใจ โดยใช้ช่องก๊าซที่ไม่ชอบน้ำแคบๆ เพื่อคัดเลือกจับ H 2ด้วยค่าใช้จ่ายของ O 2 ยังแข็งแรงในการให้ความร้อนและสามารถให้ความร้อนได้ถึง 80°C
“กระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นการควบคุมระดับไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศของเรา และยังช่วยรักษาผลผลิตและความหลากหลายในดิน มหาสมุทร และแม้แต่สภาพแวดล้อมสุดขั้ว เช่น แอนตาร์กติกา” ตามที่นักวิจัยซึ่งให้รายละเอียดการศึกษาของพวกเขา มีศักยภาพมากสำหรับเอนไซม์นี้
ที่จะใช้เป็นพื้นฐานสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน และเนื่องจากเอนไซม์เก็บเกี่ยวพลังงานจากอากาศอย่างแท้จริง จึงอาจมีการใช้งานบางอย่างในอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากอากาศด้วย ขณะนี้ทีมงานกำลังยุ่งอยู่กับการเพิ่มการผลิต Huc จากปริมาณมิลลิกรัมให้สูงขึ้นมาก “สิ่งนี้จะช่วยให้เราได้รับความเข้าใจ
ที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับวิธีการทำงานและพัฒนาแอปพลิเคชันทางอุตสาหกรรมด้วย”ในขณะที่ยังคงรักษาความสามารถในการผลิตพลังงานไว้ได้ สิ่งนี้ทำให้สามารถอยู่รอดได้ในสภาวะที่รุนแรงที่สุด ยิ่งไปกว่านั้น แบคทีเรียที่ผลิตเอนไซม์เช่น Huc มีอยู่ทั่วไป หมายความว่านักวิจัยพร้อมที่จะเข้าถึงแหล่งที่ยั่งยืน
ของเอนไซม์
สำหรับนิวเคลียสจำนวนหนึ่งที่มีจำนวนโปรตอนเป็นเลขคู่แต่มีนิวตรอนน้อยมาก ซึ่งรวมถึงธาตุเหล็ก-45 นิกเกิล-48 และสังกะสี-54 นักฟิสิกส์นิวเคลียร์เพิ่งสังเกตเห็นโหมดการสลายตัวแบบใหม่และหายากมากของการปล่อยโปรตอน 2 อนุภาคที่สัมพันธ์กัน อย่างไรก็ตาม เช่น “low- N , even- Zนิวเคลียส
มักสลายตัวโดยการปล่อยอนุภาคแอลฟา (นิวตรอน 2 ตัวและโปรตอน 2 ตัวจับกัน) ในหลายกรณี นิวเคลียสที่ยังคงอยู่ ที่เรียกว่านิวเคลียสลูก ถูกปล่อยทิ้งไว้ในสถานะตื่นเต้นซึ่งมักจะสลายตัวสู่สถานะพื้นโดยปล่อยโฟตอนรังสีแกมมาพร้อมพลังงานที่มีลักษณะเฉพาะ ซึ่งสามารถให้เบาะแส
ที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับโครงสร้างภายในของมัน ปรากฎว่านิวเคลียสบางชนิดต้องการพลังงานมากขึ้นในการทำให้นิวเคลียสเข้าสู่สภาวะตื่นเต้นมากกว่านิวเคลียสอื่น ซึ่งนำไปสู่พลังงานกระตุ้นที่สูงขึ้นอย่างเป็นระบบ (รูปที่ 1); นี่คือนิวเคลียสที่มีเลขมหัศจรรย์ของโปรตอนหรือนิวตรอน แต่มีนิวเคลียส
“เวทมนต์ทวีคูณ” ที่เสถียรกว่า – ด้วยเลขมหัศจรรย์ของทั้งโปรตอนและนิวตรอน – มีสถานะตื่นเต้นครั้งแรกของพลังงานที่สูงขึ้นกว่าเดิม อย่างไรก็ตาม นิวเคลียสบางตัวไม่ปล่อยรังสีแกมมาเลยเมื่อพวกมันสลายตัวจากสถานะตื่นเต้นไปสู่สถานะพื้น แต่จะถ่ายโอนพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาให้กับอิเล็กตรอน
ของอะตอมซึ่งถูกขับออกมาด้วยพลังงานที่มีลักษณะเฉพาะ จากนั้นอิเล็กตรอนจากเปลือกนอกจะตกลงสู่ตำแหน่งว่าง ปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาในกระบวนการนี้ รังสีเอกซ์เหล่านี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการระบุธาตุที่มา เนื่องจากพลังงานของพวกมันแปรผันตรงกับกำลังสองของจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส
ของอะตอม ซึ่งเป็นความสัมพันธ์ที่เรียกว่า “กฎของโมสลีย์” หลังจากนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษในต้นศตวรรษที่ 20 ผู้ค้นพบมัน สำหรับธาตุที่หนักที่สุดซึ่งมีจำนวนโปรตอนมากที่สุด พวกมันสามารถแตกตัวออกเป็นสองส่วนที่เล็กกว่าและให้พลังงานได้ดีกว่าโดยธรรมชาติผ่านกระบวนการฟิชชัน อย่างไรก็ตาม,
สำหรับนักฟิสิกส์ที่ศึกษานิวเคลียสที่แปลกใหม่ การสลายตัวประเภทต่างๆ เหล่านี้เป็นเหมือนลูปและเส้นในลายนิ้วมือของมนุษย์ การมีอยู่หรือไม่มีอยู่สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีนิวเคลียสเฉพาะเจาะจงอยู่ในการทดลองนั้นๆ หรือไม่ เช่นเดียวกับการให้ข้อมูลเชิงลึกโดยตรงเกี่ยวกับการจัดเรียงโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสที่กำลังศึกษา แต่ด้วยนิวเคลียสที่แปลกใหม่เหล่านี้ไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติบนโลก
