Hydrogen-oxidizing bacteria
ಹೈಡ್ರೋಜನ್-ಆಕ್ಸಿಡೈಸಿಂಗ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ದಾನಿಯಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದಾದ ಫ್ಯಾಕಲ್ಟೇಟಿವ್ ಆಟೋಟ್ರೋಫ್ಗಳ ಒಂದು ಗುಂಪಾಗಿದೆ. ಅವುಗಳನ್ನು ಏರೋಬ್ಸ್ ಮತ್ತು ಎನರೋಬ್ಸ್ ಎಂದು ವಿಂಗಡಿಸಬಹುದು. ಮೊದಲನೆಯದು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ದಾನಿಯಾಗಿ ಮತ್ತು ಆಮ್ಲಜನಕವನ್ನು ಸ್ವೀಕಾರಕವಾಗಿ ಬಳಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಎರಡನೆಯದು ಸಲ್ಫೇಟ್ ಅಥವಾ ಸಾರಜನಕ ಡೈಆಕ್ಸೈಡ್ ಅನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸ್ವೀಕಾರಕಗಳಾಗಿ ಬಳಸುತ್ತದೆ. ಎರಡೂ ಪ್ರಭೇದಗಳ ಪ್ರಭೇದಗಳನ್ನು ತಾಜಾ ನೀರು, ಸಂಚಯಗಳು, ಮಣ್ಣು, ಸಕ್ರಿಯ ಕೆಸರು, ಬಿಸಿನೀರಿನ ಬುಗ್ಗೆಗಳು, ಜಲೋಷ್ಣೀಯ ದ್ವಾರಗಳು ಮತ್ತು ಹರಿಯುವ ನೀರು ಸೇರಿದಂತೆ ವಿವಿಧ ಪರಿಸರಗಳಿಂದ ಪ್ರತ್ಯೇಕಿಸಲಾಗಿದೆ. ಈ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳು ಹೈಡ್ರೋಜನೇಸ್ಗಳ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯಿಂದಾಗಿ ಆಣ್ವಿಕ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ನ ವಿಶೇಷ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು (ಉದಾಹರಣೆಗೆ ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಮತ್ತು ಪ್ರಸರಣ ಗುಣಾಂಕ) ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಮರ್ಥವಾಗಿವೆ. ಏರೋಬಿಕ್ ಹೈಡ್ರೋಜನ್-ಆಕ್ಸಿಡೈಸಿಂಗ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳು ಫ್ಯಾಕಲ್ಟೇಟಿವ್ ಆಟೋಟ್ರೋಫ್ಗಳಾಗಿವೆ, ಆದರೆ ಅವು ಮಿಕ್ಸೋಟ್ರೋಫಿಕ್ ಅಥವಾ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಹೆಟೆರೋಟ್ರೋಫಿಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ಸಹ ಹೊಂದಿರಬಹುದು. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನವು ಸಾವಯವ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ದಾನಿಯಾಗಿ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ನ ಬಳಕೆಯು ಸಾವಯವ ಪದಾರ್ಥವನ್ನು ಸಂಶ್ಲೇಷಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದೊಂದಿಗೆ, CO2 ನ ರಿಡಕ್ಟಿವ್ ಸಮೀಕರಣದ ಮೂಲಕ, ಹೈಡ್ರೋಜನ್-ಆಕ್ಸಿಡೈಸಿಂಗ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾವನ್ನು ನಿರೂಪಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಜೀವಿಗಳ ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುವ ಕುಲಗಳಲ್ಲಿ ಕ್ಯಾಮಿನಿಬ್ಯಾಕ್ಟರ್, ಅಕ್ವಿಫೆಕ್ಸ್, ರಾಲ್ಸ್ಟೋನಿಯಾ ಮತ್ತು ಪ್ಯಾರಾಕೊಕಸ್ ಸೇರಿವೆ. ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಮೂಲಗಳು ನಮ್ಮ ಭೂಮಿಯ ಮೇಲಿನ ಅತ್ಯಂತ ವ್ಯಾಪಕವಾದ ಅಂಶವಾಗಿದೆ, ಇದು ಎಲ್ಲಾ ಪರಮಾಣುಗಳ ಸುಮಾರು ಮುಕ್ಕಾಲು ಭಾಗವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿ, ಆಣ್ವಿಕ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ (H2) ಅನಿಲದ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಸುಮಾರು 0.5-0.6 ಪಿಪಿಎಂ ಆಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಇದು ಮೀಥೇನ್ ನಂತರ ಎರಡನೇ ಅತಿ ಹೆಚ್ಚು ಹೇರಳವಾಗಿರುವ ಜಾಡಿನ ಅನಿಲವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. H2 ಅನ್ನು ಜೈವಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಯ ಮೂಲವಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದು ಏಕೆಂದರೆ ಇದು ಹೆಚ್ಚು ಋಣಾತ್ಮಕ ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ (E0′ =-0.414 V). ಇದನ್ನು O2 ನೊಂದಿಗೆ, ಆಕ್ಸಿಡೇಟಿವ್ ಉಸಿರಾಟದಲ್ಲಿ (2H2 + O2 → 2H2O), ಅಥವಾ ಇಂಗಾಲದ ಡೈಆಕ್ಸೈಡ್ ಅಥವಾ ಸಲ್ಫೇಟ್ನಂತಹ ಆಕ್ಸಿಡೀಕೃತ ಸಂಯುಕ್ತಗಳೊಂದಿಗೆ ಜೋಡಿಸಬಹುದು. ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ, ಅಜೈವಿಕ ಮತ್ತು ಜೈವಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳ ಮೂಲಕ ಜಲಜನಕವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಬಹುದು. ಅಜೈವಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಭೂಶಾಖದ ಉತ್ಪಾದನೆ ಮತ್ತು ಸರ್ಪಿನಿಂದ ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ. ಭೂಶಾಖದ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ, ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅನಿಲವಾಗಿ ಇರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವಿಭಿನ್ನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳಿಂದ ಪಡೆಯಬಹುದುಃ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ನೀರು ಸಿಲಿಕಾನ್ ರಾಡಿಕಲ್ನೊಂದಿಗೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸಬಹುದುಃ Si· + H2O → SiOH + H·H· + H· → H22. ಕಬ್ಬಿಣದ ಆಕ್ಸೈಡ್ಗಳು ಮತ್ತು ನೀರಿನ ನಡುವಿನ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿತ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯು 800 °C ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸಬಹುದುಃ 2FeO + H2O → Fe2O3 + H2 2Fe3O4 + H2O → 3Fe2O3 + H2 ಸುತ್ತುವರಿದ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ, ಸರ್ಪೆಂಟಿನೈಸೇಶನ್ ಎಂಬುದು ಭೂಮಿಯ ಆಳದಿಂದ ಅಲ್ಟ್ರಾಮಾಫಿಕ್ ಬಂಡೆಗಳು ಏರಿದಾಗ ಮತ್ತು ನೀರನ್ನು ಎದುರಿಸುವಾಗ ನಡೆಯುವ ಎಕ್ಸೋಥರ್ಮಿಕ್ ಭೂರಾಸಾಯನಿಕ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವಾಗಿದೆ. ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಎಚ್2, ಜೊತೆಗೆ ಮೀಥೇನ್ ಮತ್ತು ಸಾವಯವ ಪದಾರ್ಥಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಬಹುದು. ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ರಚನೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುವ ಪ್ರಮುಖ ಜೈವಿಕ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳೆಂದರೆ ಸಾರಜನಕ ಸ್ಥಿರೀಕರಣ ಮತ್ತು ಹುದುಗುವಿಕೆ. ಮೊದಲನೆಯದು ನೈಟ್ರೋಜಿನೇಸ್ ಎಂಬ ವಿಶೇಷ ಕಿಣ್ವವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಸೈನೊಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾದಂತಹ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಎನ್ 2 ಅನ್ನು ಎನ್ ಎಚ್ 4 + ಗೆ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಈ ಸೂಕ್ಷ್ಮಜೀವಿಗಳು ಹೈಡ್ರೋಜಿನೇಸ್ ಎಂಬ ಮತ್ತೊಂದು ಕಿಣ್ವವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ಇದು ಉಪ-ಉತ್ಪನ್ನವಾಗಿ ಬಿಡುಗಡೆಯಾದ H2 ಅನ್ನು ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಿಸುತ್ತದೆ. ಸಾರಜನಕ-ಸ್ಥಿರೀಕರಣ ಮಾಡುವ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳು ಕಡಿಮೆ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಹೈಡ್ರೋಜಿನೇಸ್ ಅನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದರೆ, ಹೆಚ್ಚುವರಿ H2 ಅನ್ನು ಪರಿಸರಕ್ಕೆ ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡಬಹುದು. ಬಿಡುಗಡೆಯಾದ ಜಲಜನಕದ ಪ್ರಮಾಣವು H2 ಉತ್ಪಾದನೆ ಮತ್ತು ಬಳಕೆಯ ನಡುವಿನ ಅನುಪಾತವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಎರಡನೇ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವಾದ ಹುದುಗುವಿಕೆಯನ್ನು ಕೆಲವು ಆಮ್ಲಜನಕರಹಿತ ಹೆಟೆರೊಟ್ರೊಫಿಕ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳು, ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಕ್ಲೊಸ್ಟ್ರಿಡಿಯಾಗಳು ನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ, ಇದು ಸಾವಯವ ಅಣುಗಳನ್ನು ಕ್ಷೀಣಿಸುತ್ತದೆ, ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನ್ನು ಉತ್ಪನ್ನಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿ ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ರೀತಿಯ ಚಯಾಪಚಯವು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಸರೋವರದ ಸಂಚಯಗಳು, ಆಳ ಸಮುದ್ರದ ಜಲೋಷ್ಣೀಯ ದ್ವಾರಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರಾಣಿಗಳ ಕರುಳಿನಂತಹ ಆಮ್ಲಜನಕರಹಿತ ಸ್ಥಳಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ. ಬಹುಶಃ ಈ ಜೈವಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಸಾಗರವು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ನಿಂದ ಅತಿಯಾಗಿ ಸ್ಯಾಚುರೇಟೆಡ್ ಆಗಿದೆ. ನೈಟ್ರೋಜನ್ ಸ್ಥಿರೀಕರಣವು ಸಾಗರಗಳಲ್ಲಿ H2 ಉತ್ಪಾದನೆಯಲ್ಲಿ ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಪ್ರಮುಖ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವೆಂದು ಭಾವಿಸಲಾಗಿದೆ. ಸಾಗರಗಳಲ್ಲಿ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಬಿಡುಗಡೆಯು ಸೌರ ವಿಕಿರಣದ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿದ್ದು, ಮಧ್ಯಾಹ್ನದ ವೇಳೆಗೆ ದೈನಂದಿನ ಗರಿಷ್ಠ ಮಟ್ಟವನ್ನು ತಲುಪುತ್ತದೆ. ಅತಿ ಹೆಚ್ಚು ಸಾಂದ್ರತೆಗಳು ಮೇಲ್ಮೈ ಬಳಿಯ ಮೊದಲ ಮೀಟರ್ಗಳಲ್ಲಿದ್ದು, ಥರ್ಮೋಕ್ಲೈನ್ಗೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಆಳವಾದ ಸಾಗರಗಳಲ್ಲಿ ಅವುಗಳ ಕನಿಷ್ಠ ಮಟ್ಟವನ್ನು ತಲುಪುತ್ತವೆ. ಜಾಗತಿಕವಾಗಿ, ಉಷ್ಣವಲಯದ ಮತ್ತು ಉಪಉಷ್ಣವಲಯದ ಸಾಗರಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಎಚ್2ಅನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಉದಾಹರಣೆಗಳು ಹೈಡ್ರೋಥರ್ಮಲ್ ದ್ವಾರಗಳು H2 ಹೈಡ್ರೋಥರ್ಮಲ್ ದ್ವಾರಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ದಾನಿಯಾಗಿದೆ. ಈ ಪರಿಸರದಲ್ಲಿ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣವು ಶಕ್ತಿಯ ಗಮನಾರ್ಹ ಮೂಲವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಎಟಿಪಿ ಸಂಶ್ಲೇಷಣೆ ಮತ್ತು ಆಟೋಟ್ರೊಫಿಕ್ ಸಿಒ 2 ಸ್ಥಿರೀಕರಣವನ್ನು ನಡೆಸಲು ಸಾಕಾಗುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಹೈಡ್ರೋಜನ್-ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಗೊಳಿಸುವ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳು ಆಳವಾದ ಸಮುದ್ರದ ಆವಾಸಸ್ಥಾನಗಳಲ್ಲಿ ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಪ್ರಮುಖ ಭಾಗವಾಗಿದೆ. ಹೈಡ್ರೋಥರ್ಮಲ್ ದ್ವಾರಗಳಲ್ಲಿ ನಡೆಯುವ ಪ್ರಮುಖ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ, ಸಲ್ಫೈಡ್ ಮತ್ತು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ನ ಉತ್ಕರ್ಷಣವು ಪ್ರಮುಖ ಪಾತ್ರವನ್ನು ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ, ಆಟೋಟ್ರೊಫಿಕ್ ಇಂಗಾಲದ ಸ್ಥಿರೀಕರಣಕ್ಕೆ, ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ ಚಯಾಪಚಯವು ಸಲ್ಫೈಡ್ ಅಥವಾ ಥಿಯೋಸಲ್ಫೇಟ್ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಅನುಕೂಲಕರವಾಗಿದೆ, ಆದಾಗ್ಯೂ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯು ಬಿಡುಗಡೆಯಾಗುತ್ತದೆ (-797 kJ/mol ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ-237 kJ/mol ಮಾತ್ರ). ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಇಂಗಾಲದ ಮೋಲನ್ನು ಸರಿಪಡಿಸಲು, ಸಲ್ಫೈಡ್ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಕ್ಕೆ ಅಗತ್ಯವಾದ ಶಕ್ತಿಯ ಮೂರನೇ ಒಂದು ಭಾಗವನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಏಕೆಂದರೆ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಎನ್ಎಡಿ (ಪಿ) ಎಚ್ ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಋಣಾತ್ಮಕ ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಸಲ್ಫೈಡ್, ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಮತ್ತು ಇತರ ಪ್ರಭೇದಗಳ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿ, ಹೈಡ್ರೋಜನ್ನ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದ ಮೂಲಕ ಶಕ್ತಿಯ ಉತ್ಪಾದನೆಯು ಸಲ್ಫೈಡ್ನ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದ ಉತ್ಪಾದನೆಯ 10-18 ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗಿರಬಹುದು. ನಾಲ್ಗಾಸ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾ ಏರೋಬಿಕ್ ಹೈಡ್ರೋಜನ್-ಆಕ್ಸಿಡೈಸಿಂಗ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾ, ಕೆಲವೊಮ್ಮೆ ನಾಲ್ಗಾಸ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾ ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುತ್ತದೆ, ಇವು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನ್ನು ಆಮ್ಲಜನಕದೊಂದಿಗೆ ಅಂತಿಮ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸ್ವೀಕಾರಕವಾಗಿ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಿಸುವ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳಾಗಿವೆ. ಈ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳು ಹೈಡ್ರೋಜೆನೋಬ್ಯಾಕ್ಟರ್ ಥರ್ಮೋಫಿಲಸ್, ಕ್ಯುಪ್ರಿಯಾವಿಡಸ್ ನೆಕೇಟರ್ ಮತ್ತು ಹೈಡ್ರೋಜೆನೋವೈಬ್ರಿಯೊ ಮಾರಿನಸ್ ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿವೆ. ಗ್ರಾಮ್ ಪಾಸಿಟಿವ್ ಮತ್ತು ಗ್ರಾಮ್ ನೆಗೆಟಿವ್ ನಾಲ್ಗಾಸ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳು ಎರಡೂ ಇವೆ. ಹೆಚ್ಚಿನವು ಮೈಕ್ರೋಎರೋಬಿಕ್ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಉತ್ತಮವಾಗಿ ಬೆಳೆಯುತ್ತವೆ ಏಕೆಂದರೆ ಹೈಡ್ರೋಜಿನೇಸ್ ಕಿಣ್ವವು ಆಮ್ಲಜನಕದ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯಿಂದ ಪ್ರತಿಬಂಧಿಸಲ್ಪಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆದರೂ ಶಕ್ತಿಯ ಚಯಾಪಚಯ ಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಅಂತಿಮ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸ್ವೀಕಾರಕವಾಗಿ ಆಮ್ಲಜನಕವು ಇನ್ನೂ ಅಗತ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ನಾಲ್ಗಾಸ್ ಎಂಬ ಪದವು ಜರ್ಮನ್ ಭಾಷೆಯಲ್ಲಿ "ಆಕ್ಸಿಹೈಡ್ರೋಜನ್" (ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಮತ್ತು ಆಮ್ಲಜನಕದ ಮಿಶ್ರಣ, ಅಕ್ಷರಶಃ "ಬ್ಯಾಂಗ್-ಗ್ಯಾಸ್") ಎಂದರ್ಥ. ಎಂ. ಎಚ್.-110 ಸಾಗರ ಮೇಲ್ಮೈ ನೀರನ್ನು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ನ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಂದ್ರತೆಯಿಂದ ನಿರೂಪಿಸಲಾಗಿದೆ. 1989ರಲ್ಲಿ, ಏರೋಬಿಕ್ ಹೈಡ್ರೋಜನ್-ಆಕ್ಸಿಡೈಸಿಂಗ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾವನ್ನು ಸಮುದ್ರದ ನೀರಿನಿಂದ ಪ್ರತ್ಯೇಕಿಸಲಾಯಿತು. ಎಮ್ಎಚ್-110 ತಳಿ (ಡಿಎಸ್ಎಮ್ 11271, ಹೈಡ್ರೋಜೆನೋವೈಬ್ರಿಯೊ ಮಾರಿನಸ್ನ ಬಗೆಯ ತಳಿ) ಸಾಮಾನ್ಯ ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿ (ನಿರಂತರ ಅನಿಲ ಹರಿವಿನ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ) ಬೆಳೆಯಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಶೇಕಡಾ 40ರಷ್ಟು ಆಮ್ಲಜನಕದ ಶುದ್ಧತ್ವದಿಂದ ನಿರೂಪಿತವಾಗಿದೆ (ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾವನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕಿಸಿದ ಮೇಲ್ಮೈ ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಸದೃಶ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಇರುತ್ತವೆ, ಇದು ಸಾಕಷ್ಟು ಗಾಳಿ ತುಂಬಿದ ಮಾಧ್ಯಮವಾಗಿದೆ). ಇದು ಹೈಡ್ರೋಜನ್-ಆಕ್ಸಿಡೈಸಿಂಗ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾದ ಸಾಮಾನ್ಯ ನಡವಳಿಕೆಯಿಂದ ಭಿನ್ನವಾಗಿದೆ, ಇದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಮೈಕ್ರೋಎರೋಫಿಲಿಕ್ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ (<10% O2 ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್) ಬೆಳೆಯುತ್ತದೆ. ಈ ಪ್ರಭೇದವು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣವನ್ನು ಥಿಯೋಸಲ್ಫೇಟ್ ಮತ್ತು ಟೆಟ್ರಾಥಿಯೋನೇಟ್ನಂತಹ ಸಲ್ಫರ್ ಸಂಯುಕ್ತಗಳ ಕಡಿತದೊಂದಿಗೆ ಜೋಡಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಚಯಾಪಚಯ ನಾಲ್ಗಾಸ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳು ತಮ್ಮ ರಾಸಾಯನಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಮೂಲವಾಗಿ H2 ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಇಂಗಾಲದ ಡೈಆಕ್ಸೈಡ್ ಅನ್ನು ಸರಿಪಡಿಸಲು ಸಮರ್ಥವಾಗಿವೆ. ನಾಲ್ಗಾಸ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳು ಇತರ ಹೈಡ್ರೋಜನ್-ಆಕ್ಸಿಡೈಸಿಂಗ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳಿಗಿಂತ ಭಿನ್ನವಾಗಿವೆ, ಅವು H2 ಅನ್ನು ಶಕ್ತಿಯ ಮೂಲವಾಗಿ ಬಳಸುತ್ತಿದ್ದರೂ, ನಾಲ್ಗಾಸ್ಗಳಂತೆ CO2 ಅನ್ನು ಸರಿಪಡಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಈ ಏರೋಬಿಕ್ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣವು (H2 + O2H2O), ನಲ್ಗಾಸ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಎಂದೂ ಕರೆಯಲ್ಪಡುತ್ತದೆ, ಇದು ಗಣನೀಯ ಪ್ರಮಾಣದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದು-237 kJ/mol ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಜೀವಕೋಶದ ಬಳಕೆಗಾಗಿ ಪ್ರೋಟಾನ್ ಪ್ರೇರಕ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿ ಸೆರೆಹಿಡಿಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಪ್ರಮುಖ ಕಿಣ್ವಗಳೆಂದರೆ ಹೈಡ್ರೋಜನೇಸ್ಗಳು, ಇದು ಆಣ್ವಿಕ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನ್ನು ಬೇರ್ಪಡಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಾರಿಗೆ ಸರಪಳಿಯಲ್ಲಿ ತುಂಬಿಸುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಅವುಗಳನ್ನು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊರತೆಗೆಯುವ ಅಂತಿಮ ಸ್ವೀಕಾರಕವಾದ O2 ಗೆ ಸಾಗಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅಂತಿಮವಾಗಿ ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಇದು ಅಂತಿಮ ಉತ್ಪನ್ನವಾಗಿದೆ. ಸಕ್ರಿಯ ಸ್ಥಳದಲ್ಲಿ ಇರುವ ಲೋಹದ ಪ್ರಕಾರಕ್ಕೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ಹೈಡ್ರೋಜನೇಸ್ಗಳನ್ನು ಮೂರು ವರ್ಗಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಈ ಕಿಣ್ವಗಳು ಮೊದಲು ಸ್ಯೂಡೋಮೊನಸ್ ಸ್ಯಾಕರೊಫಿಲಾ, ಅಲ್ಕಾಲಿಜೆನ್ಸ್ ರುಹ್ಲಾಂಡಿ ಮತ್ತು ಅಲ್ಕಾಲಿಜೆನೀಸ್ ಯುಟ್ರೋಫಸ್ನಲ್ಲಿ ಕಂಡುಬಂದವು, ಇದರಲ್ಲಿ ಎರಡು ರೀತಿಯ ಹೈಡ್ರೋಜನೇಸ್ಗಳಿವೆಃ ಸೈಟೋಪ್ಲಾಸ್ಮಿಕ್ ಮತ್ತು ಮೆಂಬ್ರೇನ್-ಬೌಂಡ್. ಮೊದಲ ಕಿಣ್ವವು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇಂಗಾಲದ ಸ್ಥಿರೀಕರಣಕ್ಕಾಗಿ NAD + ಅನ್ನು NADH ಗೆ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಎರಡನೆಯದು ಪ್ರೋಟಾನ್ ಪ್ರೇರಕ ಶಕ್ತಿಯ ಉತ್ಪಾದನೆಯಲ್ಲಿ ತೊಡಗಿದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ನಾಲ್ಗಾಗಳಲ್ಲಿ ಎರಡನೆಯ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾ ಮಾತ್ರ ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ. ಈ ಸೂಕ್ಷ್ಮಜೀವಿಗಳು ಫ್ಯಾಕಲ್ಟೇಟಿವ್ ಆಟೋಟ್ರೋಫ್ಗಳಾಗಿದ್ದರೂ, ಕೆಲವರು ಸಾವಯವ ಪದಾರ್ಥಗಳನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ದಾನಿಗಳಾಗಿ ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಭಿನ್ನರೂಪದಲ್ಲಿ ಬದುಕಲು ಸಮರ್ಥರಾಗಿದ್ದಾರೆ; ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಹೈಡ್ರೋಜಿನೇಸ್ ಚಟುವಟಿಕೆಯು ಕಡಿಮೆ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಅಥವಾ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಇರುವುದಿಲ್ಲ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಕೆಮೋಲಿಥೋಆಟೋಟ್ರೋಫ್ಗಳಾಗಿ ಬೆಳೆಯುವಾಗ, ಕ್ಯಾಲ್ವಿನ್-ಬೆನ್ಸನ್ ಚಕ್ರದ ಮೂಲಕ, ಜೀವಕೋಶಕ್ಕೆ ಅಗತ್ಯವಾದ ಜೈವಿಕ ಅಣುಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ನಾಲ್ಗಾಸ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳು CO2 ಅಣುವನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸಬಹುದುಃ 6H2 + 2O2 + CO2 (CH2O) + 5H2O. ನಾಲ್ಗಾಸ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾದ ಪ್ರತಿನಿಧಿಯಾದ ಅಲ್ಕಾಲಿಜೆನ್ಸ್ ಯೂಟ್ರೋಫಾದ ಅಧ್ಯಯನವು, O2ನ ಕಡಿಮೆ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ (ಸುಮಾರು 10 mol%) ಮತ್ತು ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ αH2/α2 ಮೋಲಾರ್ ಅನುಪಾತದೊಂದಿಗೆ (3.3), CO2 ಸ್ಥಿರೀಕರಣದ ಶಕ್ತಿಯ ದಕ್ಷತೆಯು 50 ಪ್ರತಿಶತಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಹಿಡಿದಿದೆ. ಒಮ್ಮೆ ಹೀರಿಕೊಂಡ ನಂತರ, ಕೆಲವು ಇಂಗಾಲವನ್ನು ಪಾಲಿಹೈಡ್ರಾಕ್ಸಿಬ್ಯುಟೈರೇಟ್ ಆಗಿ ಸಂಗ್ರಹಿಸಬಹುದು. ಬಳಕೆಗಳು ಸಾಕಷ್ಟು ಪೋಷಕಾಂಶಗಳಾದ H2, O2 ಮತ್ತು CO2 ಅನ್ನು ನೀಡಿದರೆ, ಅನೇಕ ನಾಲ್ಗಾಸ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾವನ್ನು ಕೇವಲ ಸಣ್ಣ ಪ್ರಮಾಣದ ಭೂಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ವ್ಯಾಟ್ಗಳಲ್ಲಿ ತ್ವರಿತವಾಗಿ ಬೆಳೆಸಬಹುದು. ಇದು ಅವುಗಳನ್ನು ಆಹಾರ ಮತ್ತು ಇತರ ಉತ್ಪನ್ನಗಳ ಪರಿಸರ ಸುಸ್ಥಿರ ಮೂಲವಾಗಿ ಬೆಳೆಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿಸುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾವು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಪಾಲಿಹೈಡ್ರಾಕ್ಸಿಬ್ಯುಟೈರೇಟ್ ಅನ್ನು ವಿವಿಧ ಪರಿಸರ-ಸಮರ್ಥನೀಯ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಜೈವಿಕ ವಿಘಟನೀಯ ಪ್ಲಾಸ್ಟಿಕ್ಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಪೂರಕ ಪದಾರ್ಥವಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದು. ಸೌರ ಆಹಾರವು ಆಹಾರ ಉತ್ಪಾದನೆಗಾಗಿ ನಾಲ್ಗಾಸ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾವನ್ನು ವಾಣಿಜ್ಯೀಕರಿಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸಿದ ಒಂದು ಉದ್ಯಮವಾಗಿದೆ, ಕೃತಕ ಮಾಂಸದಂತಹ ಉತ್ಪನ್ನಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲು ತಟಸ್ಥ-ರುಚಿಯ, ಪ್ರೋಟೀನ್-ಭರಿತ ಆಹಾರ ಮೂಲವನ್ನು ಬೆಳೆಯಲು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನ್ನು ವಿಭಜಿಸಲು ನವೀಕರಿಸಬಹುದಾದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ. ನಾಲ್ಗಾಗಳ ಕೃಷಿಯು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಕೃಷಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಸರ ಸ್ನೇಹಿಯಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸಂಶೋಧನಾ ಅಧ್ಯಯನಗಳು ಸೂಚಿಸಿವೆ. ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಲಿಥೊಟ್ರೋಫ್ಗಳು