A Yellowstone Nemzeti Park ragyogó színű forró forrásaiban élõ mikrobák elsõsorban hidrogént használnak üzemanyaghoz. A Boulder kutatói Colorado Egyetem felfedezése szerint a bolygók szélsőséges környezetében való élet jó életképességet nyújt, és hozzájárulhat az emberi testben lévõ baktériumok megértéséhez.
A CU-Boulder biológusok csapata, Norman Pace professzor, a világ egyik vezető molekuláris evolúció és mikrobiológiai szakértő vezetésével, ezen a héten közzétette „Hidrogén és bioenergetika a Yellowstone geotermikus rendszerben” című jelentését a Proceedings of the National online kiadásában. Tudományos Akadémia.
A csoportnak a parkon végzett többéves kutatásán alapuló megállapításai megcáfolják a közismert elképzelést, miszerint a kén a fő energiaforrás a termikus tulajdonságokban élő apró szervezetek számára.
"Meglepetés volt, hogy a meleg forrásokban a hidrogén volt a fő energiaforrás a mikrobák számára" - mondta Pace. „Ez a projekt a mikrobiológia szempontjából is érdekes, mivel egyike annak a ritka alkalomnak, amikor mikrobákat tudtunk tanulmányozni, hogy információkat kapjunk egy teljes ökoszisztémáról. Ez még soha nem volt lehetséges. ”
A tanulmányt kifejezetten annak a metabolikus energiaforrásnak a meghatározására fejlesztették ki, amely 158 Fahrenheit fok feletti hőmérsékleti hőmérsékleten hajtja a parkban található mikrobiális közösségeket. A fotoszintézis nem ismeretes ezen hőmérséklet felett.
Három különböző nyom kombinációja vezetett a kutatók arra a következtetésre, hogy a hidrogén volt a fő energiaforrás. A meleg forrás közösségekben élő mikrobák fajtáinak genetikai elemzése rámutatott, hogy mindannyian inkább a hidrogént részesítik előnyben energiaforrásként. Megfigyelték mindenütt a H2-t a meleg forrásokban olyan koncentrációban, amely elegendő a mikrobiális bioenergetikához. A terepi adatokon alapuló termodinamikai modellek megerősítették, hogy ezekben a környezetekben a hidrogén metabolizmus volt a legvalószínűbb üzemanyag-forrás.
"Ez a munka néhány érdekes kapcsolódó kérdést vet fel" - mondta John Spear, a jelentés vezető szerzője. „A hidrogén a leggazdagabb elem az univerzumban. Ha máshol él élet, akkor előfordulhat, hogy a hidrogén az üzemanyag ”- mondta Spear. „Láttuk a víz bizonyítékait a Marson, és tudjuk, hogy a Földön hidrogén előállítható biogenetikusan fotoszintézis és erjesztés útján, vagy nem biogenetikusan, ha a víz a vashordozó kőzettel reagál. Lehetséges, hogy a nem biogén folyamatok hidrogént termelnek a Marson, és valamilyen mikrobiális életforma felhasználhatja ezt ”- mondta.
Számos példa létezik baktériumoknak, amelyek szélsőséges környezetben - beleértve az emberi testet is - élnek, hidrogént használnak üzemanyagként, Spear szerint. "A legújabb tanulmányok kimutatták, hogy a fekélyeket okozó Helicobacter pylori baktériumok a gyomor belsejében hidrogénben élnek" - mondta Spear. „A szalmonella metabolizálja a hidrogént a bélben. Kíváncsi vagyok, hány különféle mikrobák fordulnak elő hidrogénnel a szélsőséges környezetekben. ”
Ahelyett, hogy a mikrobiológia hagyományos technikáira támaszkodnának, amelyek a laboratóriumban termesztett kultúrákat hasznosítják, a CU-Boulder csapata a Pace által kifejlesztett módszertant alkalmazta a mikrobiális közösség összetételének genetikai elemzésére, ahogy az a területen megjelenik. "Nem azt néztük, hogy mi nő a kulturális csészében, hanem közvetlenül a szántóföldről vettünk a minták RNS-jére." - mondta Spear.
"Soha nem tudtunk még, hogy milyen mikrobák élnek a Yellowstone meleg forrásaiban, és most megtesszük." - mondta Pace.
Az adatok gyűjtéséhez új eszközkészletet használtunk, amelyek közül néhányat még soha nem gyűjtöttek. „Senki sem mérte a hidrogén koncentrációját a meleg forrásokban, mert a technológia csak hét évvel ezelőtt létezett. Most már nagyon alacsony szintű hidrogénkoncentrációkat tudunk kimutatni a vízben ”- magyarázta Spear.
"Sok hidrogént találtunk a meleg forrásokban - ez egy végtelen baktériumellátás" - mondta. A vízben lévő H2 mennyiségének mérését a park különböző részein és a különböző évszakokban a Yellowstone meleg forrásaiban, patakokban és geotermikus szellőzőnyílásokban vették fel. Az összes környezetben az energiacseréhez megfelelő koncentrációk voltak.
A csapat számítógépesen előállított termodinamikai modelleket alkalmazta annak megállapítására, hogy a hidrogén valóban az energia fő forrása. "A szulfid szaga a levegőben lehet a Yellowstone-nál, és az elfogadott gondolat az volt, hogy a kén a forró források életének forrása" - mondta Spear. Nem így, a csapat számítógépes modelljei szerint a hidrogén, a szulfid, az oldott oxigén koncentrációjának és más tényezők mérésére épülnek.
Spear szerint nehéz volt felfedezni a mikrobiális ökoszisztémát. "Van elég nehéz időnk elmagyarázni, hogy mi történik például egy erdőben, az összes összekapcsoló rendszerrel. Még a mikrobiális rendszert sem látjuk. ”
A mintavétel veszélyes és kényes művelet volt. Annak érdekében, hogy pontosan elemezhesse a forró forrás teljes mikrobiális közösségét, Spearnak csak annyi anyagot kellett összegyűjtenie, mint egy ceruzaradír. Az üledékmintákat speciális mintaüvegekbe becsavaroztuk és azonnal folyékony nitrogéntartályokban fagyasztottuk fel a mikrobiális közösség megőrzése érdekében.
A forrásokban, ahol nem volt üledék, Spear gyűjtött planktonikus organizmusok mintáit egy üveglemez vízbe lógásával és a mikrobák felhalmozódásával. „A baktériumok éppen olyanok, mint mi. Szeretnek együtt lenni, szeretnek valami felülethez ragaszkodni, és szeretik, ha élelmüket - ebben az esetben oldott hidrogént - hozzák magukhoz. "
Spear elmondta, hogy a meleg források színei az ásványok és a medencékben élő mikrobák kölcsönhatásának eredményei. A forró víz általában ásványi anyagokat mutat, a hűvösebb víz pedig a fotoszintézisű pigmenteknek ad otthont.
"Az elemzésben látott eredmények alapján azt hiszem, hogy a hidrogén valószínűleg sok életet él sok környezetben" - mondta Spear. „Ez részben spekuláció, de tekintettel a hidrogént metabolizáló baktériumok számára és fajtájára, valószínűleg ez egy nagyon régi formája az anyagcserének.
Ez azért fontos, mert elmondja nekünk a földi élet történetét ”- mondta. "És ha így működik a Földön, akkor valószínűleg máshol is megtörténik. Amikor felnéz a csillagokra, nagyon sok hidrogén van az univerzumban. ”
Eredeti forrás: UCB sajtóközlemény
