Microbii care trăiesc în izvoarele calde de culoare strălucitoare din Parcul Național Yellowstone folosesc în principal hidrogenul pentru combustibil, o descoperire a Universității din Colorado, la cercetătorii din Boulder, afirmă că este bine pentru viață în medii extreme de pe alte planete și ar putea adăuga înțelegerea bacteriilor din interiorul corpului uman.
O echipă de biologi CU-Boulder condusă de profesorul Norman Pace, unul dintre cei mai importanți experți din lume în evoluția moleculară și microbiologie, și-a publicat raportul „Hidrogen și bioenergetică în sistemul geotermal Yellowstone” în această ediție online a Proceedings of the National Academia de Științe.
Rezultatele echipei, bazate pe mai mulți ani de cercetări efectuate în parc, resping ideea populară că sulful este principala sursă de energie pentru organismele minuscule care trăiesc cu caracteristici termice.
„A fost o surpriză să găsești că hidrogenul era principala sursă de energie pentru microbii din izvoarele termale”, a spus Pace. „Acest proiect este interesant și în contextul microbiologiei, deoarece este una dintre puținele ori în care am reușit să studiem microbii pentru a obține informații despre un întreg ecosistem. Niciodată nu a fost posibil. ”
Studiul a fost conceput special pentru a determina principala sursă de energie metabolică care conduce comunitățile microbiene în caracteristicile parcului cu temperaturi peste 158 grade Fahrenheit. Nu se știe că fotosinteza are loc peste această temperatură.
O combinație de trei indicii diferite i-a determinat pe cercetători să concluzioneze că hidrogenul este principala sursă de energie. Analiza genetică a soiurilor de microbi care trăiesc în comunitățile cu izvoare termale a relevat faptul că toate preferă hidrogenul ca sursă de energie. De asemenea, au observat H2 omniprezent în toate izvoarele termice la concentrații suficiente pentru bioenergetica microbiană. Modelele termodinamice bazate pe date de teren au confirmat că metabolismul hidrogenului a fost sursa de combustibil cel mai probabil în aceste medii.
„Această lucrare prezintă câteva întrebări asociate interesante”, a spus John Spear, autorul principal al raportului. „Hidrogenul este elementul cel mai abundent din univers. Dacă există viață în altă parte, s-ar putea ca hidrogenul să fie combustibilul său ”, a spus Spear. „Am văzut dovezi despre apă pe Marte și știm că pe Pământ, hidrogenul poate fi produs biogenetic prin fotosinteză și fermentație sau non-biogenetic prin reacția apei cu roca portantă de fier. Este posibil ca procesele non-biogene să producă hidrogen pe Marte și ca o formă de viață microbiană să poată folosi asta ”, a spus el.
Există numeroase exemple de bacterii care trăiesc în medii extreme - inclusiv corpul uman - folosind hidrogen ca combustibil, potrivit Spear. „Studii recente au arătat că bacteriile Helicobacter pylori, care provoacă ulcere, trăiesc pe hidrogen în interiorul stomacului”, a spus Spear. Salmonella metabolizează hidrogenul în intestin. Mă face să mă întreb cât de multe tipuri diferite de microbi sunt metabolizați hidrogenul în medii extreme. ”
În loc să se bazeze pe tehnici tradiționale de microbiologie care utilizează culturi cultivate în laborator, echipa CU-Boulder a folosit metodologia dezvoltată de Pace pentru a analiza genetic compoziția comunității microbiene așa cum a apărut în domeniu. „Nu ne-am uitat la ce crește într-un vas de cultură, ne-am uitat la ARN-ul mostrelor direct de pe teren”, a spus Spear.
„Niciodată nu am știut ce trăiau microbii în izvoarele termale Yellowstone și acum facem”, a spus Pace.
O nouă suită de instrumente a fost folosită pentru a strânge date, dintre care unele nu au mai fost colectate până acum. „Nimeni nu a măsurat concentrația de hidrogen în izvoarele termice înainte, deoarece tehnologia nu exista până acum aproximativ șapte ani. Acum putem detecta concentrații foarte scăzute de hidrogen în apă ”, a explicat Spear.
„Am găsit o mulțime de hidrogen în izvoarele termale - un aport nesfârșit pentru bacterii”, a spus el. Măsurătorile cantității de H2 în apă au fost înregistrate în izvoarele calde Yellowstone, în fluxurile și gurile de evacuare geotermale în diferite părți ale parcului și în diferite anotimpuri. Toate mediile au avut concentrații adecvate pentru metabolismul energetic.
Echipa a folosit modele termodinamice generate de computer pentru a afla dacă hidrogenul a fost într-adevăr principala sursă de energie. „Puteți mirosi sulfură în aer la Yellowstone, iar ideea acceptată a fost că sulful este sursa de energie pentru viața din izvoarele fierbinți”, a spus Spear. Nu este așa, în conformitate cu modelele computerizate ale echipei construite pe măsurători de câmp de hidrogen, sulfură, concentrație de oxigen dizolvat și alți factori.
Spear a spus că este dificil să explorezi un ecosistem microbian. „Avem destul de greu timp să explicăm ce se întâmplă într-o pădure, de exemplu, cu toate sistemele de intercalare. Nici măcar nu putem vedea un sistem microbian. ”
Extracția probelor a fost o operație periculoasă și delicată. Pentru a analiza cu exactitate întreaga comunitate microbiană a unui izvor fierbinte, Spear trebuia să adune doar cât mai mult material ca o radieră. Probele de sediment au fost scoase în flacoane de probă speciale și imediat congelate în recipiente de azot lichid pentru a păstra comunitatea microbiană.
În izvoarele unde nu existau sedimente, Spear a colectat probe de organisme planctonice atârnând un tobogan de sticlă în apă și permițând acumularea microbilor. „Bacteriile sunt la fel ca noi. Le place să fie împreună, le place să fie atașate la o suprafață și le place să le aducă hrana - hidrogenul dizolvat, în acest caz - ”
Spear a explicat că culorile izvoarelor termale sunt rezultatul interacțiunilor dintre minerale și microbii care trăiesc în bazine. Apa caldă arată de obicei culori din minerale, iar apa mai rece joacă gazdă la pigmenții fotosintetici.
„Pe baza a ceea ce am văzut în această analiză, cred că, probabil, hidrogenul duce multă viață în multe medii”, a spus Spear. „Este o parte a speculațiilor, dar având în vedere numărul și tipurile de bacterii care metabolizează hidrogenul, este probabil o formă foarte veche de metabolism.
Acest lucru este important pentru că ne spune despre istoria vieții pe Pământ ”, a spus el. „Și dacă funcționează astfel pe Pământ, este posibil să se întâmple în altă parte. Când privești stelele, există mult hidrogen în univers. ”
Sursa originală: Comunicat de presă UCB
