Mikrobi koji žive u sjajno obojenim vrućim izvorima nacionalnog parka Yellowstone koriste prvenstveno vodik za gorivo, otkriće istraživača Sveučilišta u Koloradu u gradu Boulderu, kaže da su tijela dobra za život u ekstremnim okruženjima na drugim planetima i da bi mogla pridonijeti razumijevanju bakterija unutar ljudskog tijela.
Tim biologa CU-Bouldera na čelu s profesorom Normanom Paceom, jednim od vodećih svjetskih stručnjaka za molekularnu evoluciju i mikrobiologiju, objavio je ovog tjedna svoje izvješće „Vodik i bioenergetika u geotermalnom sustavu Yellowstonea“ u mrežnom izdanju Zbornika Nacionalnih Akademija znanosti.
Otkrića tima, zasnovana na višegodišnjem istraživanju u parku, opovrgavaju popularnu ideju da je sumpor glavni izvor energije za malene organizme koji žive u termalnim karakteristikama.
"Iznenadilo je otkriće da je vodik glavni izvor energije za mikrobe u izvorima", rekao je Pace. „Ovaj je projekt također zanimljiv u kontekstu mikrobiologije jer je jedan od rijetkih slučajeva koji smo mogli proučavati mikrobe kako bismo dobili informacije o čitavom ekosustavu. To nikad prije nije bilo moguće. "
Studija je posebno dizajnirana kako bi se utvrdio glavni izvor metaboličke energije koja pokreće mikrobne zajednice u parkovnim obilježjima s temperaturama iznad 158 stupnjeva Fahrenheita. Nije poznato da se fotosinteza odvija iznad te temperature.
Kombinacija tri različita traga navela je istraživače da zaključe da je vodik glavni izvor energije. Genetska analiza sorti mikroba koje žive u zajednicama vrućih izvora otkrila je da sve više vole vodik kao izvor energije. Također su uočili sveprisutni H2 u svim vrelima u koncentracijama dovoljnim za mikrobnu bioenergetiku. Termodinamički modeli temeljeni na poljskim podacima potvrdili su da je metabolizam vodika najvjerojatniji izvor goriva u tim okruženjima.
„Ovaj rad predstavlja zanimljiva povezana pitanja“, rekao je John Spear, vodeći autor izvješća. „Vodik je najzastupljeniji element u svemiru. Ako život ima negdje drugdje, to bi mogao biti da je vodik gorivo ", rekao je Spear. "Na Marsu smo vidjeli dokaze o vodi, a znamo da se na Zemlji vodik može proizvesti biogenetski fotosintezom i fermentacijom ili ne-biogenetski reakcijom vode s stijenom koji nosi željezo. Moguće je da nebiogeni procesi proizvode vodik na Marsu i da bi neki mikroorganizmi života mogli koristiti to ", rekao je.
Mnogi su primjeri bakterija koje žive u ekstremnim okruženjima - uključujući i ljudsko tijelo - koristeći vodik kao gorivo, navodi Spear. "Najnovija istraživanja pokazala su da bakterija Helicobacter pylori, koja uzrokuje čireve, živi na vodiku u želucu", rekao je Spear. „Salmonela metabolizira vodik u crijevima. Zbog toga se pitam koliko različitih vrsta mikroba metabolizira vodik u ekstremnim okruženjima. "
Umjesto da se oslanjaju na tradicionalne mikrobiološke metode koje koriste kulture uzgojene u laboratoriju, CU-Boulder tim koristio je metodologiju koju je razvio Pace da genetski analizira sastav mikrobne zajednice kako se pojavljuje na terenu. "Nismo gledali što raste u kulturi, pregledali smo RNA uzoraka izravno s polja", rekao je Spear.
"Nikada nismo znali koji mikrobi žive u izvorima Yellowstonea, a sada to radimo", rekao je Pace.
Za prikupljanje podataka korišten je novi skup instrumenata, a neki od njih nikada ranije nisu prikupljeni. "Nitko ranije nije mjerio koncentraciju vodika u izvorima jer ta tehnologija nije postojala prije otprilike sedam godina. Sada možemo otkriti vrlo niske koncentracije vodika u vodi ", objasnio je Spear.
"Pronašli smo puno vodika u izvorima - beskrajna opskrba bakterijama", rekao je. Mjerenja količine H2 u vodi zabilježena su u vrućim izvorima, potocima i geotermalnim otvorima Yellowstone u različitim dijelovima parka i tijekom različitih sezona. Sva su okoliša imala koncentracije prikladne za metabolizam energije.
Tim je koristio računalno generirane termodinamičke modele kako bi otkrili je li vodik doista glavni izvor energije. "U Yellowstoneu možete osjetiti miris zraka u zraku, a prihvaćena ideja bila je da je sumpor izvor energije za tople izvore", rekao je Spear. Nije tako, prema računalnim modelima tima koji su izgrađeni na terenskim mjerenjima vodika, sulfida, koncentracije otopljenog kisika i drugih faktora.
Spear je rekao da je teško istražiti mikrobni ekosustav. "Imamo dovoljno vremena da objasnimo što se događa u šumi, na primjer, sa svim sustavima isprepletanja. Mikrobiotski sustav ne možemo ni vidjeti. "
Ekstrakcija uzorka bila je opasna i osjetljiva operacija. Da bi se precizno analizirala čitava mikrobna zajednica vrućeg izvora, Spear je trebao prikupiti samo toliko materijala kao gumica za brisanje olovkom. Uzorci sedimenata ubačeni su u posebne bočice s uzorcima i odmah zamrznuti u kanistere s tekućim dušikom kako bi se očuvala mikrobna zajednica.
U izvorima u kojima nije bilo sedimenata, Spear je skupljao uzorke planktonskih organizama tako što je objesio staklenu toboganu u vodu i omogućio da se mikrobi sakupljaju. "Bakterije su poput nas. Vole biti zajedno, vole biti pričvršćene na površini i vole da im hrana - otopljeni vodik, u ovom slučaju - donese na njih. "
Spear je objasnio da su boje vrućih izvora rezultat interakcije minerala i mikroba koji žive u bazenima. Vruća voda obično pokazuje boje minerala, a hladnija voda domaćin je fotosintetskim pigmentima.
"Na temelju onoga što sam vidio u ovoj analizi, mislim da vodik vjerojatno vodi mnogo života u mnogim sredinama", rekao je Spear. "To je dio nagađanja, ali s obzirom na broj i vrste bakterija koje metaboliziraju vodik, to je vjerojatno vrlo stari oblik metabolizma.
To je važno jer nam govori o povijesti života na Zemlji ", rekao je. "A ako ovako djeluje na Zemlji, vjerovatno je da će se to dogoditi drugdje. Kad pogledate u zvijezde, u svemiru ima puno vodika. "
Izvorni izvor: UCB News Release
