Yellowstone'i rahvuspargi säravalt värvilistes kuumaveeallikates elavad mikroobid kasutavad kütusena peamiselt vesinikku. Boulderi teadlaste Colorado ülikooli avastuste kohaselt on bodedel hea elada ka teiste planeetide äärmuslikes keskkondades ja need võiksid aidata mõista inimkeha baktereid.
CU-Boulderi bioloogide meeskond, mida juhtis üks maailma juhtivaid molekulaarse evolutsiooni ja mikrobioloogia eksperte professor Norman Pace, avaldas sel nädalal ajakirja Proceedings of the National veebiväljaandes oma aruande “Vesinik ja bioenergeetika Yellowstone'i geotermilises süsteemis”. Teaduste Akadeemia.
Meeskonna järeldused, mis põhinevad pargis mitu aastat kestvatel uuringutel, lükkavad ümber populaarse idee, et väävel on termiliste omaduste poolest elavate pisikeste organismide peamine energiaallikas.
"Üllatas, et vesinik oli kuumaveeallikate mikroobide peamine energiaallikas," sõnas Pace. „See projekt on huvitav ka mikrobioloogia kontekstis, kuna see on üks väheseid kordi, kus oleme saanud mikroobide uurimiseks kogu ökosüsteemi kohta teavet saada. See pole kunagi varem olnud võimalik. ”
Uuring kavandati spetsiaalselt metaboolse energia peamiseks allikaks, mis juhib mikroobikooslusi pargikohtades temperatuuriga üle 158 Fahrenheiti kraadi. Fotosünteesi ei toimu teadaolevalt sellest temperatuurist kõrgemal.
Kolme erineva vihje kombinatsioon viis teadlaste järeldusele, et vesinik oli peamine energiaallikas. Kuumaveeallikate kooslustes elavate mikroobide sortide geneetiline analüüs näitas, et nad kõik eelistavad energiaallikana vesinikku. Samuti täheldasid nad kõikides kuumaveeallikates üldlevinud H2 kontsentratsioonis, mis on mikroobse bioenergeetika jaoks piisav. Põlluandmetel põhinevad termodünaamilised mudelid kinnitasid, et vesiniku metabolism oli nendes keskkondades kõige tõenäolisem kütuseallikas.
"See töö esitab huvitavaid seotud küsimusi," ütles raporti juhtiv autor John Spear. „Vesinik on universumi kõige rikkalikum element. Kui mujal on elu, võib juhtuda, et vesinik on selle kütus, ”rääkis Spear. „Oleme näinud tõendeid vee kohta Marsil ja me teame, et Maal võib vesinikku toota biogeneetiliselt fotosünteesi ja kääritamise teel või mittebiogeneetiliselt vee reageerimisel rauda sisaldava kivimiga. Võimalik, et mittebiogeensed protsessid tekitavad Marsil vesinikku ja seda võib kasutada mingi mikroobne eluvorm, ”ütles ta.
Speari sõnul on äärmuslikes keskkondades - sealhulgas inimkehas - elavate bakterite kohta palju näiteid. "Viimased uuringud on näidanud, et haavandeid põhjustavad Helicobacter pylori bakterid elavad maos vesinikul," ütles Spear. “Salmonella metaboliseerib vesinikku soolestikus. See paneb mind imestama, kui palju erinevaid mikroobisid seal ekstreemsetes keskkondades vesinikku metaboliseerib. ”
Selle asemel, et tugineda traditsioonilistele mikrobioloogia tehnikatele, mis kasutavad laboris kasvatatud kultuure, kasutas CU-Boulderi meeskond Pace välja töötatud metoodikat, et geneetiliselt analüüsida mikroobide koosluse koostist sellisena, nagu see väljal ilmnes. "Me ei vaadanud seda, mis kasvab kultuurnõus, vaid vaatasime proovide RNA-d otse põllult," rääkis Spear.
"Me pole kunagi varem teadnud, millised mikroobid elavad Yellowstone'i kuumaveeallikates, ja nüüd teeme seda ka," sõnas Pace.
Andmete kogumiseks kasutati uudset instrumentide komplekti, millest mõnda polnud varem kogutud. „Keegi polnud vesiniku kontsentratsiooni kuumaveeallikates varem mõõtnud, kuna seda tehnoloogiat eksisteeris alles umbes seitse aastat tagasi. Nüüd saame tuvastada vesiniku väga madalad kontsentratsioonid vees, ”selgitas Spear.
"Leidsime kuumadest allikatest palju vesinikku - see on bakterite jaoks lõputu varustus," ütles ta. H2 sisalduse mõõtmine vees registreeriti Yellowstone'i kuumaveeallikates, ojades ja geotermilistes õhuavades pargi eri osades ja eri aastaaegadel. Kõigis keskkondades olid energia metabolismiks sobivad kontsentratsioonid.
Meeskond kasutas arvutil loodud termodünaamilisi mudeleid, et teada saada, kas vesinik oli tõepoolest peamine energiaallikas. "Yellowstone'is võib õhus haistata väävelhapet ja aktsepteeritud idee oli, et väävlid on kuumaveeallikate elu energiaallikas," rääkis Spear. Meeskonna arvutimudelite põhjal, mis on üles ehitatud vesiniku, sulfiidi, lahustunud hapniku kontsentratsiooni ja muude tegurite mõõtmistele, mitte nii.
Spear ütles, et mikroobse ökosüsteemi uurimine on keeruline. „Meil on piisavalt raske aega, et selgitada kõigi metsas põimitavate süsteemidega, mis näiteks metsas toimub. Me ei näe isegi mikroobsüsteemi. "
Proovide ekstraheerimine oli ohtlik ja delikaatne toiming. Kogu kuumaveeallika kogu mikroobikoosluse täpseks analüüsimiseks oli Spearil vaja koguda ainult umbes sama palju materjali kui pliiatsipesu. Setete proovid viidi spetsiaalsetesse viaali ja külmutati mikroobse koosluse säilitamiseks kohe vedela lämmastiku kanistrites.
Vedrudes, kus setteid polnud, kogus Spear planktooniliste organismide proove, riputades vees klaasiklaasi ja lastes mikroobidel koguneda. “Bakterid on täpselt nagu meie. Neile meeldib koos olla, neile meeldib kinnituda pinnale ja neile meeldib, kui neile tuuakse toit - antud juhul lahustunud vesinik. "
Spear selgitas, et kuumaveeallikate värvid tulenevad mineraalide ja basseinides elavate mikroobide vastastikmõjust. Kuumem vesi näitab tavaliselt värve mineraalidest ja jahedam vesi mängib fotosünteetilisi pigmente.
"Selle analüüsi põhjal näen, et vesinik juhib tõenäoliselt paljudes keskkondades palju elu," sõnas Spear. „See on osa spekulatsioonist, kuid arvestades vesinikku metaboliseerivate bakterite arvu ja tüüpi, on see tõenäoliselt väga vana metabolismi vorm.
See on oluline, sest see räägib meile Maa elu ajaloost, ”ütles ta. „Ja kui see Maa peal nii töötab, siis juhtub see tõenäoliselt mujal. Tähtede poole vaadates on universumis palju vesinikku. ”
Algne allikas: UCB pressiteade
