Mikrobi, ki živijo v briljantno obarvanih vročih izvirih nacionalnega parka Yellowstone, uporabljajo predvsem vodik za gorivo, odkritje Univerze v Koloradu pri raziskovalcih Boulderja pravi, da so bodi dobri za življenje v ekstremnih okoljih na drugih planetih in bi lahko prispevali k razumevanju bakterij v človeškem telesu.
Skupina biologov CU-Boulder pod vodstvom profesorja Normana Pacea, enega vodilnih svetovnih strokovnjakov za molekularno evolucijo in mikrobiologijo, je ta teden v spletni izdaji zbornika National National Proceedings of the National objavila svoje poročilo "Vodik in bioenergetika v geotermalnem sistemu Yellowstone". Akademija znanosti.
Ugotovitve ekipe, ki temeljijo na večletnih raziskavah v parku, ovržejo priljubljeno idejo, da je žveplo glavni vir energije za drobne organizme, ki živijo v termičnih značilnostih.
"Presenečenje je bilo ugotoviti, da je vodik glavni vir energije za mikrobe v vročih vrelcih," je dejal Pace. "Ta projekt je zanimiv tudi v mikrobiologiji, saj smo lahko nekajkrat preučevali mikrobe, da bi dobili informacije o celotnem ekosistemu. To še nikoli ni bilo mogoče. "
Študija je bila zasnovana posebej za določitev glavnega vira metabolične energije, ki poganja mikrobne skupnosti v parkovnih značilnostih s temperaturo nad 158 stopinj Fahrenheita. Ni znano, da se fotosinteza pojavlja nad to temperaturo.
S kombinacijo treh različnih namigov so raziskovalci sklepali, da je vodik glavni vir energije. Genska analiza sort mikrobov, ki živijo v skupnostih vrelcev, je pokazala, da imajo vsi raje vodik kot vir energije. Prav tako so opazili vseprisotni H2 v vseh vročih izvirih v koncentracijah, ki so dovolj za mikrobno bioenergetiko. Termodinamični modeli na podlagi podatkov s terena so potrdili, da je metabolizem vodika v teh okoljih najverjetnejši vir goriva.
"To delo predstavlja nekaj zanimivih povezanih vprašanj," je dejal John Spear, glavni avtor poročila. „Vodik je najbolj obilen element v vesolju. Če je življenje drugje, bi lahko bilo vodilo gorivo, "je dejal Spear. "Na Marsu smo videli dokaze o vodi in vemo, da se na Zemlji vodik lahko proizvede biogenetsko s pomočjo fotosinteze in fermentacije ali nebiogenetsko z reakcijo vode s kamnom, ki nosi železo. Mogoče je, da nebiogeni procesi na Marsu proizvajajo vodik in da bi to lahko izkoristile nekatere oblike mikroorganizmov, "je dejal.
Številni primeri bakterij, ki živijo v ekstremnih okoljih - vključno s človeškim telesom - uporabljajo vodik kot gorivo, pravi Spear. "Nedavne študije so pokazale, da bakterije Helicobacter pylori, ki povzročajo razjede, živijo na vodiku znotraj želodca," je dejal Spear. „Salmonela presnavlja vodik v črevesju. Sprašujem se, koliko različnih mikrobov zunaj metabolizira vodik v ekstremnih okoljih. "
Namesto da bi se zanašali na tradicionalne tehnike mikrobiologije, ki uporabljajo kulture, ki se gojijo v laboratoriju, je ekipa CU-Boulder uporabila metodologijo, ki jo je razvil Pace, za genetsko analizo sestave mikrobne skupnosti, ko se je pojavila na terenu. "Nismo si ogledali, kaj raste v kulturi, pregledali smo RNA vzorcev neposredno s polja," je dejal Spear.
"Še nikoli nismo vedeli, kateri mikrobi živijo v vročih vrelcih Yellowstone, zdaj to počnemo," je dejal Pace.
Za zbiranje podatkov je bil uporabljen nov nabor instrumentov, od katerih nekateri še nikoli niso bili zbrani. "Nihče še ni meril koncentracije vodika v vročih vrelcih, ker tehnologija ni obstajala pred približno sedmimi leti. Zdaj lahko zaznamo zelo nizke koncentracije vodika v vodi, "je pojasnil Spear.
"V vročih vrelcih smo našli veliko vodika - neskončno zalogo bakterij," je dejal. Meritve količine H2 v vodi so bile zabeležene v vročih vrelcih, potokih in geotermalnih izpustih Yellowstone v različnih delih parka in v različnih letnih časih. Vsa okolja so imela koncentracije, primerne za presnovo energije.
Ekipa je uporabila računalniško ustvarjene termodinamične modele, da bi ugotovila, ali je vodik res glavni vir energije. "Na Yellowstoneu lahko v zraku vonjate po žveplu, in sprejeta ideja je bila, da je žveplo vir energije za vroče vrelce," je dejal Spear. Glede na računalniške modele ekipe, ki temeljijo na terenskih meritvah vodika, sulfida, koncentracije raztopljenega kisika in drugih dejavnikov, ni tako.
Spear je dejal, da je težko raziskati mikrobni ekosistem. "Imamo dovolj težko razložiti, kaj se na primer dogaja v gozdu z vsemi prepletajočimi se sistemi. Mikrobilnega sistema sploh ne vidimo. "
Odvzem vzorca je bil nevarna in občutljiva operacija. Za natančno analizo celotne skupnosti mikrobov vroče pomladi je Spear moral zbrati le približno toliko materiala, kot je radirka za svinčnike. Vzorci usedlin so bili zajeti v posebne viale z vzorci in takoj zamrznjeni v kanistere s tekočim dušikom, da se ohrani mikrobna skupnost.
V izvirih, kjer ni bilo usedlin, je Spear zbral vzorce planktonskih organizmov tako, da je v vodo obesil stekleno stekelce in omogočil kopičenje mikrobov. "Bakterije so takšne kot mi. Radi so skupaj, radi so pritrjeni na površino in radi imajo, da jim hrano - v tem primeru raztopljen vodik - prinesejo k sebi. "
Spear je pojasnil, da so barve vročih izvirov rezultat interakcij med minerali in mikrobi, ki živijo v bazenih. Vroča voda ponavadi pokaže barve iz mineralov, hladnejša voda pa gostuje fotosintetskim pigmentom.
"Glede na to, kar sem videl v tej analizi, mislim, da vodik verjetno vodi veliko življenja v številnih okoljih," je dejal Spear. "To je del špekulacij, toda glede na število in vrste bakterij, ki presnavljajo vodik, gre verjetno za zelo staro obliko presnove.
To je pomembno, ker nam govori o zgodovini življenja na Zemlji, "je dejal. "In če na Zemlji deluje tako, se bo verjetno zgodilo tudi drugje. Ko pogledate v zvezde, je v vesolju veliko vodika. "
Izvirni vir: UCB News Release
