Mikroby žijící v zářivě zbarvených horkých pramenech Yellowstonského národního parku používají primárně vodík jako palivo, objevují vědci z University of Colorado v Boulderu, kteří dobře prozkoumávají životy v extrémních prostředích na jiných planetách a mohou přispět k porozumění bakteriím uvnitř lidského těla.
Tým biologů CU-Boulder vedený profesorem Normanem Paceem, jedním z předních světových odborníků na molekulární evoluci a mikrobiologii, zveřejnil tento týden v online vydání Sborníku národního výzkumu zprávu „Vodík a bioenergetika v geotermálním systému Yellowstone“. Akademie věd.
Zjištění týmu, založená na několika letech výzkumu v parku, vyvracejí populární myšlenku, že síra je hlavním zdrojem energie pro malé organismy žijící v termálních vlastnostech.
"Bylo překvapením, že vodík byl hlavním zdrojem energie pro mikroby v horkých pramenech," řekl Pace. „Tento projekt je zajímavý také v souvislosti s mikrobiologií, protože je to jeden z mála, kdy jsme byli schopni studovat mikroby, abychom získali informace o celém ekosystému. To nikdy předtím nebylo možné. “
Studie byla speciálně navržena tak, aby určila hlavní zdroj metabolické energie, která řídí mikrobiální komunity v prvcích parku s teplotami nad 158 stupňů Fahrenheita. Fotosyntéza není známa nad touto teplotou.
Kombinace tří různých vodítek vedla vědce k závěru, že vodík je hlavním zdrojem energie. Genetická analýza odrůd mikrobů žijících v komunitách horkých pramenů odhalila, že všichni preferují vodík jako zdroj energie. Pozorovali také všudypřítomné H2 ve všech horkých pramenech v koncentracích dostatečných pro mikrobiální bioenergetiku. Termodynamické modely založené na terénních datech potvrdily, že metabolismus vodíku byl v těchto prostředích nejpravděpodobnějším zdrojem paliva.
"Tato práce představuje několik zajímavých souvisejících otázek," řekl John Spear, hlavní autor zprávy. „Vodík je nejhojnějším prvkem ve vesmíru. Pokud je jinde život, může to být tím, že vodík je jeho palivo, “řekl Spear. "Viděli jsme důkaz o vodě na Marsu a víme, že na Zemi může být vodík produkován biogeneticky fotosyntézou a fermentací nebo nebiogeneticky vodou reagující s horninou nesoucí železo." Je možné, že nebiogenní procesy produkují vodík na Marsu a že některé mikrobiální formy života by to mohly používat, “řekl.
Podle Speara existuje mnoho příkladů bakterií žijících v extrémních prostředích - včetně lidského těla - využívajících vodík jako palivo. "Nedávné studie ukázaly, že bakterie Helicobacter pylori, které způsobují vředy, žijí v žaludku na vodíku," řekl Spear. „Salmonella metabolizuje vodík ve střevech. To mě zajímá, kolik různých druhů mikrobů venku metabolizuje vodík v extrémních prostředích. “
Místo toho, aby spoléhal na tradiční techniky mikrobiologie využívající kultury pěstované v laboratoři, použil tým CU-Boulder metodologii vyvinutou Pacem, aby geneticky analyzoval složení mikrobiální komunity, jak se objevila v terénu. "Nedívali jsme se na to, co roste v kultivační misce, podívali jsme se na RNA vzorků přímo z pole," řekl Spear.
"Nikdy jsme nevěděli, co mikroby žijí v horkých pramenech Yellowstone, a teď to děláme," řekl Pace.
Ke sběru dat byla použita nová sada nástrojů, z nichž některé nikdy nebyly shromážděny. "Nikdo předtím neměřil koncentraci vodíku v horkých pramenech, protože tato technologie existovala až před asi sedmi lety." Nyní můžeme detekovat velmi nízké koncentrace vodíku ve vodě, “vysvětlil Spear.
"Našli jsme spousty vodíku v horkých pramenech - nekonečný přísun bakterií," řekl. Měření množství H2 ve vodě byla zaznamenána v Yellowstonských horkých pramenech, potokech a geotermálních průduchech v různých částech parku a během různých ročních období. Všechna prostředí měla koncentrace vhodné pro energetický metabolismus.
Tým použil počítačem generované termodynamické modely, aby zjistil, zda je vodík skutečně hlavním zdrojem energie. "Ve Yellowstonu cítíte sirník ve vzduchu a akceptovanou myšlenkou bylo, že síra je zdrojem energie pro život v horkých pramenech," řekl Spear. Podle počítačového modelu týmu to tak nebylo, stavělo na měření vodíku, sulfidu, koncentrace rozpuštěného kyslíku a dalších faktorů v terénu.
Spear řekl, že je obtížné prozkoumat mikrobiální ekosystém. "Máme dost těžkého času na to, abychom vysvětlili, co se děje v lese, například se všemi prokládacími systémy." Nevidíme ani mikrobiální systém. “
Extrakce vzorků byla nebezpečná a delikátní operace. Aby bylo možné přesně analyzovat celou mikrobiální komunitu horkého jara, Spear potřeboval shromáždit pouze asi tolik materiálu jako guma na tužky. Vzorky sedimentů byly nasazeny do speciálních zkumavek se vzorky a okamžitě zmrazeny v nádobách na kapalný dusík, aby se zachovala mikrobiální komunita.
V pramenech, kde nebyl žádný sediment, Spear shromáždil vzorky planktonických organismů pověšením skleněného sklíčka ve vodě a umožněním hromadění mikrobů. "Bakterie jsou stejně jako my." Rádi jsou spolu, rádi se připevňují na povrch a rádi si přinesou své jídlo - v tomto případě rozpuštěný vodík. “
Spear vysvětlil, že barvy horkých pramenů jsou výsledkem interakcí mezi minerály a mikroby žijícími v bazénech. Horká voda obvykle vykazuje barvy z minerálů a chladnější voda je hostitelem fotosyntetických pigmentů.
"Na základě toho, co jsem viděl v této analýze, si myslím, že vodík pravděpodobně řídí hodně života v mnoha prostředích," řekl Spear. "Je to součást spekulací, ale vzhledem k počtu a druhům bakterií, které metabolizují vodík, je to pravděpodobně velmi stará forma metabolismu."
To je důležité, protože nám vypráví o historii života na Zemi, “řekl. "A pokud to takto funguje na Zemi, je pravděpodobné, že se to stane jinde." Když se podíváte na hvězdy, ve vesmíru je hodně vodíku. “
Původní zdroj: UCB News Release
