Τα μικρόβια που ζουν στις λαμπρά χρωματισμένες ιαματικές πηγές του Εθνικού Πάρκου Yellowstone χρησιμοποιούν κυρίως υδρογόνο για καύσιμα, σύμφωνα με ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κολοράντο στο Boulder, οι ερευνητές λένε ότι είναι σωστά για τη ζωή σε ακραία περιβάλλοντα σε άλλους πλανήτες και θα μπορούσαν να προσθέσουν στην κατανόηση των βακτηρίων μέσα στο ανθρώπινο σώμα.
Μια ομάδα βιολόγων του CU-Boulder με επικεφαλής τον καθηγητή Norman Pace, έναν από τους κορυφαίους εμπειρογνώμονες στον κόσμο στη μοριακή εξέλιξη και τη μικροβιολογία, δημοσίευσε την έκθεσή τους «Υδρογόνο και βιοενέργεια στο γεωθερμικό σύστημα Yellowstone» αυτήν την εβδομάδα στην ηλεκτρονική έκδοση των Πρακτικών της Εθνικής Ακαδημία Επιστημών.
Τα ευρήματα της ομάδας, βασισμένα σε πολλά χρόνια έρευνας στο πάρκο, αντικρούουν τη δημοφιλή ιδέα ότι το θείο είναι η κύρια πηγή ενέργειας για μικροσκοπικούς οργανισμούς που ζουν σε θερμικά χαρακτηριστικά.
«Ήταν έκπληξη το γεγονός ότι το υδρογόνο ήταν η κύρια πηγή ενέργειας για τα μικρόβια στις θερμές πηγές», δήλωσε ο Pace. "Αυτό το έργο είναι επίσης ενδιαφέρον στο πλαίσιο της μικροβιολογίας επειδή είναι μία από τις λίγες φορές που καταφέραμε να μελετήσουμε τα μικρόβια για να λάβουμε πληροφορίες για ένα ολόκληρο οικοσύστημα. Αυτό δεν ήταν ποτέ δυνατό. "
Η μελέτη σχεδιάστηκε ειδικά για να προσδιορίσει την κύρια πηγή μεταβολικής ενέργειας που οδηγεί τις μικροβιακές κοινότητες σε χαρακτηριστικά πάρκου με θερμοκρασίες πάνω από 158 βαθμούς Φαρενάιτ. Η φωτοσύνθεση δεν είναι γνωστό ότι συμβαίνει πάνω από αυτήν τη θερμοκρασία.
Ένας συνδυασμός τριών διαφορετικών ενδείξεων οδήγησε τους ερευνητές στο συμπέρασμα ότι το υδρογόνο ήταν η κύρια πηγή ενέργειας. Η γενετική ανάλυση των ποικιλιών μικροβίων που ζουν στις κοινότητες των ιαματικών πηγών αποκάλυψε ότι όλοι προτιμούν το υδρογόνο ως πηγή ενέργειας. Παρατήρησαν επίσης πανταχού παρόν H2 σε όλες τις θερμές πηγές σε συγκεντρώσεις επαρκείς για μικροβιακή βιοενέργεια. Τα θερμοδυναμικά μοντέλα που βασίζονται σε δεδομένα πεδίου επιβεβαίωσαν ότι ο μεταβολισμός του υδρογόνου ήταν η πιο πιθανή πηγή καυσίμου σε αυτά τα περιβάλλοντα.
«Αυτή η εργασία παρουσιάζει μερικές ενδιαφέρουσες σχετικές ερωτήσεις», δήλωσε ο John Spear, επικεφαλής συγγραφέας της έκθεσης. «Το υδρογόνο είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν. Εάν υπάρχει ζωή αλλού, θα μπορούσε να είναι ότι το υδρογόνο είναι το καύσιμο του », είπε ο Spear. «Έχουμε δει στοιχεία για το νερό στον Άρη και γνωρίζουμε ότι στη Γη, το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί βιογενετικά με φωτοσύνθεση και ζύμωση ή μη βιογενετικά με αντίδραση νερού με σιδερένιο βράχο. Είναι πιθανό οι μη βιογενείς διεργασίες να παράγουν υδρογόνο στον Άρη και ότι κάποια μορφή μικροβιακής ζωής θα μπορούσε να το χρησιμοποιεί », είπε.
Υπάρχουν πολλά παραδείγματα βακτηρίων που ζουν σε ακραία περιβάλλοντα - συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπινου σώματος - που χρησιμοποιούν υδρογόνο ως καύσιμο, σύμφωνα με τον Spear. "Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι τα βακτήρια Helicobacter pylori, τα οποία προκαλούν έλκη, ζουν με υδρογόνο μέσα στο στομάχι", δήλωσε ο Spear. «Η σαλμονέλα μεταβολίζει το υδρογόνο στο έντερο. Με κάνει να αναρωτιέμαι πόσα διαφορετικά είδη μικροβίων εκεί έξω μεταβολίζουν το υδρογόνο σε ακραία περιβάλλοντα. "
Αντί να βασίζεται σε παραδοσιακές τεχνικές μικροβιολογίας που χρησιμοποιούν καλλιέργειες που καλλιεργούνται στο εργαστήριο, η ομάδα CU-Boulder χρησιμοποίησε μεθοδολογία που αναπτύχθηκε από τον Pace για να αναλύσει γενετικά τη σύνθεση της μικροβιακής κοινότητας όπως εμφανίστηκε στο πεδίο. «Δεν κοιτάξαμε τι μεγαλώνει σε ένα πιάτο καλλιέργειας, κοιτάξαμε το RNA δειγμάτων απευθείας από το χωράφι», είπε ο Spear.
«Δεν ξέραμε ποτέ ποια μικρόβια ζούσαν στις ιαματικές πηγές του Yellowstone και τώρα το κάνουμε», είπε ο Pace.
Μια νέα ομάδα οργάνων χρησιμοποιήθηκε για τη συλλογή δεδομένων, μερικά από τα οποία δεν είχαν συλλεγεί ποτέ πριν. «Κανείς δεν είχε μετρήσει τη συγκέντρωση του υδρογόνου στις θερμές πηγές πριν, επειδή η τεχνολογία δεν υπήρχε πριν από περίπου επτά χρόνια. Τώρα μπορούμε να εντοπίσουμε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις υδρογόνου στο νερό », εξήγησε ο Spear.
«Βρήκαμε άφθονο υδρογόνο στις θερμές πηγές - μια ατελείωτη παροχή βακτηρίων», είπε. Μετρήσεις της ποσότητας Η2 στο νερό καταγράφηκαν σε θερμές πηγές, ρέματα και γεωθερμικούς αεραγωγούς του Yellowstone σε διάφορα μέρη του πάρκου και σε διαφορετικές εποχές. Όλα τα περιβάλλοντα είχαν συγκεντρώσεις κατάλληλες για μεταβολισμό ενέργειας.
Η ομάδα χρησιμοποίησε θερμοδυναμικά μοντέλα που παράγονται από υπολογιστή για να μάθει αν το υδρογόνο ήταν πράγματι η βασική πηγή ενέργειας. «Μπορείτε να μυρίσετε σουλφίδιο στον αέρα στο Yellowstone και η αποδεκτή ιδέα ήταν ότι το θείο ήταν η πηγή ενέργειας για τη ζωή στις θερμές πηγές», είπε ο Spear. Όχι έτσι, σύμφωνα με τα μοντέλα υπολογιστών της ομάδας που βασίζονται σε επιτόπιες μετρήσεις υδρογόνου, σουλφιδίου, συγκέντρωσης διαλυμένου οξυγόνου και άλλων παραγόντων.
Ο Spear είπε ότι ήταν δύσκολο να εξερευνήσετε ένα μικροβιακό οικοσύστημα. «Έχουμε αρκετό χρόνο να εξηγήσουμε τι συμβαίνει σε ένα δάσος, για παράδειγμα, με όλα τα αλληλένδετα συστήματα. Δεν μπορούμε καν να δούμε ένα μικροβιακό σύστημα. "
Η εξαγωγή δείγματος ήταν μια επικίνδυνη και λεπτή λειτουργία. Προκειμένου να αναλυθεί με ακρίβεια ολόκληρη η μικροβιακή κοινότητα μιας θερμής πηγής, το Spear χρειάστηκε να συλλέξει μόνο τόσο υλικό όσο μια γόμα μολύβι. Τα δείγματα ιζημάτων μεταφέρθηκαν σε φιαλίδια ειδικών δειγμάτων και καταψύχθηκαν αμέσως σε δοχεία υγρού αζώτου για να διατηρηθεί η μικροβιακή κοινότητα.
Σε πηγές όπου δεν υπήρχε ίζημα, ο Spear συγκέντρωσε δείγματα πλαγκτονικών οργανισμών κρεμώντας μια γυάλινη πλάκα στο νερό και αφήνοντας τα μικρόβια να συσσωρευτούν. «Τα βακτήρια είναι σαν εμάς. Τους αρέσει να είναι μαζί, τους αρέσει να είναι προσκολλημένοι σε μια επιφάνεια και τους αρέσει να φέρνουν τα τρόφιμά τους - διαλυμένο υδρογόνο, στην περίπτωση αυτή - σε αυτά. "
Ο Spear εξήγησε ότι τα χρώματα των ιαματικών πηγών είναι αποτέλεσμα αλληλεπιδράσεων μεταξύ ορυκτών και μικροβίων που ζουν στις πισίνες. Το πιο ζεστό νερό δείχνει συνήθως χρώματα από ορυκτά και το πιο κρύο νερό φιλοξενεί φωτοσυνθετικές χρωστικές ουσίες.
«Με βάση όσα έχω δει σε αυτήν την ανάλυση, νομίζω ότι το υδρογόνο πιθανώς οδηγεί πολλή ζωή σε πολλά περιβάλλοντα», δήλωσε ο Spear. «Είναι μέρος της κερδοσκοπίας, αλλά δεδομένου του αριθμού και των ειδών βακτηρίων που μεταβολίζουν το υδρογόνο, είναι πιθανώς μια πολύ παλιά μορφή μεταβολισμού.
Αυτό είναι σημαντικό γιατί μας λέει για την ιστορία της ζωής στη Γη », είπε. "Και αν λειτουργεί έτσι στη Γη, είναι πιθανό να συμβεί αλλού. Όταν κοιτάζετε τα αστέρια, υπάρχει πολύ υδρογόνο στο σύμπαν. "
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων UCB
