Yellowstonen kansallispuiston loistavasti värillisissä kuumissa lähteissä elävät mikrobit käyttävät pääasiassa vetyä polttoaineena. Boulderin tutkijoiden Coloradon yliopiston tutkimus osoittaa, että bodeilla on hyvät mahdollisuudet elää äärimmäisissä ympäristöissä muilla planeetoilla ja ne voisivat lisätä ymmärrystä ihmiskehon sisällä olevista bakteereista.
CU-Boulder-biologien ryhmä, jota johtaa professori Norman Pace, joka on yksi maailman johtavista molekyylin evoluution ja mikrobiologian asiantuntijoista, julkaisi raporttinsa “Vety ja bioenergiat Yellowstonen geotermisessä järjestelmässä” tällä viikolla julkaisussa Proceedings of the National. Tiedeakatemia.
Ryhmän usean vuoden puistotutkimukseen perustuvat havainnot kumottavat suositun ajatuksen, jonka mukaan rikki on tärkein energialähde pienille, lämpöolosuhteissa eläville organismeille.
”Oli yllättävää, että vety oli kuumien lähteiden mikrobien tärkein energialähde”, Pace sanoi. ”Tämä projekti on mielenkiintoinen myös mikrobiologian kannalta, koska se on yksi harvoista ajoista, jolloin olemme pystyneet tutkimaan mikrobia saadakseen tietoa koko ekosysteemistä. Se ei ole koskaan ollut mahdollista. "
Tutkimus oli erityisesti suunniteltu määrittämään tärkein aineenvaihdunnan energialähde, joka ajaa mikrobiyhteisöjä puistoalueilla yli 158 Fahrenheit-asteen lämpötilassa. Fotosynteesin ei tiedetä tapahtuvan tämän lämpötilan yläpuolella.
Kolmen eri vihjeen yhdistelmä sai tutkijat päätelmään, että vety oli tärkein energialähde. Kuumavesilähteissä asuvien mikrobien lajikkeiden geneettinen analyysi paljasti, että ne kaikki pitävät vetyä energialähteenä. He havaitsivat myös kaikkialla läsnäolevaa H2: ta kaikissa kuumissa lähteissä pitoisuuksina, jotka riittävät mikrobien bioenergiaan. Kenttätietoihin perustuvat termodynaamiset mallit vahvistivat, että vedyn aineenvaihdunta oli todennäköisin polttoaineen lähde näissä ympäristöissä.
"Tämä työ esittää mielenkiintoisia liittyviä kysymyksiä", kertoi raportin johtava kirjoittaja John Spear. ”Vety on maailmankaikkeuden runsain alkuaine. Jos muualla on elämää, voi olla, että vety on sen polttoaine ”, Spear sanoi. ”Olemme nähneet todisteita vedestä Marsissa ja tiedämme, että maapallossa vety voidaan tuottaa biogeneettisesti fotosynteesillä ja käymisellä tai ei-biogeneettisesti veden reagoidessa rautaa sisältävän kiven kanssa. On mahdollista, että muut kuin biogeeniset prosessit tuottavat vetyä Marsissa ja että jotkut mikrobien elämän muodot voivat käyttää sitä ”, hän sanoi.
Spearin mukaan vetyä polttoaineena käyttäviä bakteereja on monia esimerkkejä äärimmäisissä ympäristöissä - mukaan lukien ihmiskehossa - elävistä bakteereista. "Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että haavaumia aiheuttavat Helicobacter pylori -bakteerit elävät vedyllä mahalaukun sisällä", Spear sanoi. ”Salmonella metaboloi vetyä suolistossa. Se saa minut ihmettelemään, kuinka monta erilaista mikrobia metaboloi vetyä äärimmäisissä ympäristöissä. "
Sen sijaan, että luottaisi perinteisiin mikrobiologiatekniikoihin, joissa hyödynnetään laboratoriossa kasvatettuja viljelmiä, CU-Boulder-tiimi käytti Pacen kehittämää metodologiaa analysoimaan geneettisesti mikrobiyhteisön koostumus sellaisena kuin se näytti kentällä. "Emme tarkastelleet sitä, mikä kasvaa viljelysastiassa, katsoimme näytteiden RNA: ta suoraan kentältä", Spear sanoi.
"Emme ole koskaan ennen tienneet, mitkä mikrobit elivät Yellowstonen kuumissa lähteissä, ja nyt me teemme niin", Pace sanoi.
Tietojen keräämiseen käytettiin uutta instrumenttipakettia, joista osaa ei koskaan ollut kerätty. "Kukaan ei ollut aiemmin mitannut vedyn pitoisuutta kuumissa lähteissä, koska tekniikka oli olemassa vasta noin seitsemän vuotta sitten. Nyt voimme havaita erittäin alhaiset vetypitoisuudet vedessä ”, Spear selitti.
"Löysimme kuumista lähteistä paljon vetyä - loputon tarjonta bakteereille", hän sanoi. Vedessä olevan H2: n määrän mittaukset rekisteröitiin Yellowstonen kuumavesilähteillä, puroilla ja geotermisissä tuuletusaukkoissa puiston eri osissa ja eri vuodenaikoina. Kaikissa ympäristöissä oli energia-aineenvaihdunnalle sopivia pitoisuuksia.
Ryhmä käytti tietokoneella tuotettuja termodynaamisia malleja selvittääkseen, oliko vety todellakin pääasiallinen energialähde. "Voit haistaa rikkihappoa ilmassa Yellowstonen alueella. Hyväksytty ajatus oli, että rikki oli energialähde kuumille lähteille", Spear kertoi. Ei niin, ryhmän tietokonemallien mukaan, jotka on rakennettu vedyn, sulfidin, liuenneen hapen pitoisuuden ja muiden tekijöiden kenttämittauksiin.
Spear sanoi, että oli vaikea tutkia mikrobi-ekosysteemiä. ”Meillä on tarpeeksi vaikea selittää esimerkiksi metsässä tapahtuvaa toimintaa kaikilla lomitusjärjestelmillä. Emme voi edes nähdä mikrobijärjestelmää. "
Näytteenotto oli vaarallinen ja herkkä toimenpide. Jotta voidaan analysoida lämpimän lähteen koko mikrobiyhteisö tarkasti, Spearin oli kerättävä vain noin yhtä paljon materiaalia kuin lyijykynän pyyhekumi. Sedimenttinäytteet kaadettiin erityisiin näytepulloihin ja jäädytettiin heti nestemäisissä typpikanistereissa mikrobiyhteisön säilyttämiseksi.
Jousissa, joissa ei ollut sedimenttiä, Spear otti näytteitä planktonisista organismeista ripustamalla lasilasin veteen ja antamalla mikrobien kerääntyä. ”Bakteerit ovat aivan kuten me. He haluavat olla yhdessä, he haluavat kiinnittyä pintaan ja he haluavat, että heidän ruuansa - tässä tapauksessa liuotettu vety - tuodaan heille. "
Spear selitti, että kuumien lähteiden värit ovat mineraalien ja uima-aluksissa asuvien mikrobien vuorovaikutuksen tulosta. Kuumempi vesi näyttää yleensä värejä mineraaleista, ja viileämpi vesi isännöi fotosynteettisiä pigmenttejä.
"Tämän analyysin perusteella näkemäni perusteella mielestäni vety ajaa todennäköisesti paljon elämää monissa ympäristöissä", Spear sanoi. "Se on osa spekulointia, mutta ottaen huomioon vetyä metaboloivien bakteerien lukumäärän ja tyypit, se on todennäköisesti hyvin vanha metabolian muoto.
Se on tärkeää, koska se kertoo meille maan elämän historiasta ”, hän sanoi. "Ja jos se toimii tällä tavalla maan päällä, niin todennäköisesti tapahtuu muualla. Kun katsot tähtiä, maailmankaikkeudessa on paljon vetyä. ”
Alkuperäinen lähde: UCB: n lehdistötiedote
