Mikróby žijúce v žiarivo sfarbených horúcich prameňoch Yellowstonského národného parku využívajú predovšetkým vodík na palivo. Výskumní pracovníci z Colorada v Boulderi tvrdia, že telové telá dobre žijú v extrémnych prostrediach na iných planétach a môžu prispieť k porozumeniu baktérií vo vnútri ľudského tela.
Tím biologov UK-Boulder vedený profesorom Normanom Paceom, jedným z popredných svetových expertov na molekulárnu evolúciu a mikrobiológiu, uverejnil tento týždeň v online vydaní zborníka národného geologického systému Yellowstone svoju správu „Vodík a bioenergetika v geotermálnom systéme Yellowstone“. Akadémia vied.
Zistenia tímu na základe niekoľkoročného výskumu v parku vyvracajú populárny názor, že síra je hlavným zdrojom energie pre malé organizmy žijúce v tepelných vlastnostiach.
"Bolo prekvapením, že vodík bol hlavným zdrojom energie pre mikróby v horúcich prameňoch," uviedol Pace. „Tento projekt je zaujímavý aj v kontexte mikrobiológie, pretože je to jeden z mála, ktorý sme dokázali študovať mikróby, aby sme získali informácie o celom ekosystéme. To nikdy predtým nebolo možné. “
Štúdia bola špecificky navrhnutá tak, aby určila hlavný zdroj metabolickej energie, ktorá riadi mikrobiálne spoločenstvá v prvkoch parku s teplotami nad 158 stupňov Fahrenheita. Nie je známe, že sa fotosyntéza vyskytuje nad touto teplotou.
Kombinácia troch rôznych ukazovateľov viedla vedcov k záveru, že vodík je hlavným zdrojom energie. Genetická analýza odrôd mikróbov žijúcich v spoločenstvách horúcich prameňov odhalila, že všetci uprednostňujú vodík ako zdroj energie. Pozorovali tiež všadeprítomnú H2 vo všetkých horúcich prameňoch v koncentráciách dostatočných pre mikrobiálne bioenergetiká. Termodynamické modely založené na údajoch z terénu potvrdili, že metabolizmus vodíka bol v týchto prostrediach najpravdepodobnejším zdrojom paliva.
„Táto práca predstavuje niekoľko zaujímavých súvisiacich otázok,“ uviedol John Spear, hlavný autor správy. „Vodík je najhojnejším prvkom vo vesmíre. Ak je niekde inde život, je možné, že jeho palivo je vodík, “uviedol Spear. „Videli sme vodu na Marse a vieme, že na Zemi je možné vodík vyrábať biogeneticky fotosyntézou a fermentáciou alebo nebiogeneticky vodou, ktorá reaguje s horninou nesúcou železo. Je možné, že nebiogénne procesy produkujú vodík na Marse a že niektoré mikrobiálne formy života by ich mohli používať, “uviedol.
Podľa Speara existuje veľa príkladov baktérií žijúcich v extrémnych prostrediach - vrátane ľudského tela - ktoré používajú vodík ako palivo. "Posledné štúdie ukázali, že baktérie Helicobacter pylori, ktoré spôsobujú vredy, žijú na žalúdku vo vodíku," uviedol Spear. „Salmonella metabolizuje vodík v čreve. Zaujímalo by ma, koľko rôznych druhov mikróbov vonku metabolizuje vodík v extrémnych prostrediach. “
Namiesto spoliehania sa na tradičné techniky mikrobiológie, ktoré využívajú kultúry pestované v laboratóriu, použil tím CU-Boulder metodiku vyvinutú Pacem na genetickú analýzu zloženia mikrobiálnej komunity, ako sa objavila v teréne. "Nepozerali sme sa na to, čo rastie v kultivačnej miske, pozreli sme sa na RNA vzoriek priamo z poľa," uviedol Spear.
"Nikdy predtým sme nevedeli, čo mikróby žijú v horúcich prameňoch Yellowstone, a teraz to robíme," uviedol Pace.
Na zhromažďovanie údajov sa použila nová súprava nástrojov, z ktorých niektoré ešte nikdy neboli zhromaždené. „Nikto nemeral koncentráciu vodíka v horúcich prameňoch skôr, pretože táto technológia existovala až asi pred siedmimi rokmi. Teraz dokážeme detekovať veľmi nízke koncentrácie vodíka vo vode, “vysvetlil Spear.
"V horúcich prameňoch sme našli veľa vodíka - nekonečný prísun baktérií," uviedol. Merania množstva H2 vo vode boli zaznamenané v Yellowstonských horúcich prameňoch, potokoch a geotermálnych prieduchoch v rôznych častiach parku a počas rôznych ročných období. Všetky prostredia mali koncentrácie vhodné pre energetický metabolizmus.
Tím použil počítačom generované termodynamické modely, aby zistil, či je vodík skutočne hlavným zdrojom energie. "Vo Yellowstone môžete vo vzduchu cítiť sírovodík a akceptovanou myšlienkou bolo, že síra je zdrojom energie pre život v horúcich prameňoch," uviedol Spear. Podľa počítačového modelu tímu to tak nie je, stavajú na poľných meraniach vodíka, sulfidu, koncentrácie rozpusteného kyslíka a ďalších faktorov.
Spear povedal, že je ťažké preskúmať mikrobiálny ekosystém. „Máme dosť ťažké vysvetliť, čo sa deje v lese, napríklad so všetkými prekladacími systémami. Nevidíme ani mikrobiálny systém. “
Extrakcia vzorky bola nebezpečná a chúlostivá operácia. Aby bolo možné presne analyzovať celú mikrobiálnu komunitu horúcich prameňov, Spear potreboval zhromaždiť iba toľko materiálu, ako je guma na ceruzky. Vzorky sedimentov sa odobrali do špeciálnych skúmaviek so vzorkami a okamžite sa zmrazili v nádobách na kvapalný dusík, aby sa zachovala mikrobiálna komunita.
V prameňoch, kde nebol žiadny sediment, Spear zozbieral vzorky planktónových organizmov zavesením skleneného podložného sklíčka do vody a umožnením akumulácie mikróbov. „Baktérie sú rovnako ako my. Chcú byť spolu, radi sa pripájajú k povrchu a radi si prinesú jedlo - v tomto prípade rozpustený vodík. “
Spear vysvetlil, že farby horúcich prameňov sú výsledkom vzájomného pôsobenia minerálov a mikróbov žijúcich v bazénoch. Horúca voda zvyčajne vykazuje farby z minerálov a chladnejšia voda je hostiteľom fotosyntetických pigmentov.
"Na základe toho, čo som videl v tejto analýze, si myslím, že vodík pravdepodobne riadi veľa života v mnohých prostrediach," uviedol Spear. „Je to časť špekulácií, ale vzhľadom na počet a druh baktérií, ktoré metabolizujú vodík, je to pravdepodobne veľmi stará forma metabolizmu.
Je to dôležité, pretože nám hovorí o histórii života na Zemi, “povedal. „A ak to takto funguje na Zemi, je pravdepodobné, že sa to stane niekde inde. Keď sa pozriete na hviezdy, vo vesmíre je veľa vodíka. “
Pôvodný zdroj: UCB News Release
