Mikrober, der bor i de strålende farvede varme kilder i Yellowstone National Park, bruger primært brint til brændstof. En forsker fra University of Colorado i Boulder siger, at de boder godt for livet i ekstreme miljøer på andre planeter og kan bidrage til forståelse af bakterier i menneskekroppen.
Et team af CU-Boulder-biologer ledet af professor Norman Pace, en af verdens førende eksperter på molekylær evolution og mikrobiologi, offentliggjorde deres rapport “Hydrogen and bioenergetics in the Yellowstone geothermal system” denne uge i onlineudgaven af Proceedings of the National Academy of Sciences.
Holdets fund, der er baseret på flere års forskning i parken, tilbageviser den populære idé om, at svovl er den vigtigste energikilde for små organismer, der lever i termiske egenskaber.
”Det var en overraskelse at finde brint var den vigtigste energikilde for mikrober i de varme kilder,” sagde Pace. ”Dette projekt er også interessant i forbindelse med mikrobiologi, fordi det er en af de få gange, vi har været i stand til at studere mikrober for at få information om et helt økosystem. Det har aldrig før været muligt. ”
Undersøgelsen blev specifikt designet til at bestemme den vigtigste kilde til metabolisk energi, der driver mikrobielle samfund i parkfunktioner med temperaturer over 158 grader Fahrenheit. Det vides ikke, at fotosyntese forekommer over denne temperatur.
En kombination af tre forskellige ledetråder fik forskerne til at konkludere, at brint var den vigtigste energikilde. Genetisk analyse af de sorter af mikrober, der lever i de varme kilder samfund, afslørede, at de alle foretrækker brint som en energikilde. De observerede også allestedsnærværende H2 i alle de varme kilder i koncentrationer, der er tilstrækkelige til mikrobiel bioenergetik. Termodynamiske modeller baseret på feltdata bekræftede, at brintmetabolisme var den mest sandsynlige brændstofkilde i disse miljøer.
”Dette arbejde præsenterer nogle interessante tilknyttede spørgsmål,” sagde John Spear, hovedforfatter af rapporten. ”Hydrogen er det mest rigelige element i universet. Hvis der er liv et andet sted, kan det være, at brint er dets brændstof, ”sagde Spear. ”Vi har set beviser på vand på Mars, og vi ved, at på Jorden kan brint produceres biogenetisk ved fotosyntesen og fermentering eller ikke-biogenetisk ved vand, der reagerer med jernbærende sten. Det er muligt, at ikke-biogene processer producerer brint på Mars, og at nogle mikrobielle livsformer kunne bruge det, ”sagde han.
Der er mange eksempler på bakterier, der lever i ekstreme miljøer - inklusive den menneskelige krop - der bruger brint som brændstof, ifølge Spear. ”Nylige undersøgelser har vist, at Helicobacter pylori-bakterier, der forårsager mavesår, lever på brint inde i maven,” sagde Spear. ”Salmonella metaboliserer brint i tarmen. Det får mig til at undre sig over, hvor mange forskellige slags mikrober derude metaboliserer brint i ekstreme miljøer. ”
I stedet for at stole på traditionelle mikrobiologiske teknikker, der bruger kulturer, der er dyrket i laboratoriet, brugte CU-Boulder-teamet metodologi udviklet af Pace til genetisk at analysere sammensætningen af det mikrobielle samfund, som det viste sig i marken. ”Vi kiggede ikke på hvad der vokser i en kulturfad, vi kiggede på RNA for prøver direkte fra marken,” sagde Spear.
”Vi har aldrig før vidst, hvilke mikrober der boede i Yellowstone varme kilder, og det gør vi nu,” sagde Pace.
En ny pakke instrumenter blev brugt til at indsamle data, hvoraf nogle aldrig før var blevet samlet. ”Ingen havde målt koncentrationen af brint i de varme kilder før, fordi teknologien ikke eksisterede før for omkring syv år siden. Nu kan vi registrere meget lave koncentrationer af brint i vand, ”forklarede Spear.
”Vi fandt masser af brint i de varme kilder - en uendelig forsyning med bakterier,” sagde han. Målinger af mængden af H2 i vand blev registreret i Yellowstone varme kilder, vandløb og geotermiske åbninger i forskellige dele af parken og i forskellige årstider. Alle miljøerne havde koncentrationer, der var passende til energimetabolisme.
Holdet brugte computergenererede termodynamiske modeller for at finde ud af, om brint faktisk var den vigtigste energikilde. ”Du kan lugte sulfid i luften ved Yellowstone, og den accepterede idé var, at svovl var energikilden for livet i de varme kilder,” sagde Spear. Ikke sådan, ifølge teamets computermodeller, der er bygget på feltmålinger af brint, sulfid, opløst iltkoncentration og andre faktorer.
Spear sagde, at det var vanskeligt at udforske et mikrobielt økosystem. ”Vi har en hård nok tid på at forklare, hvad der foregår i en skov, for eksempel med alle sammenflettede systemer. Vi kan ikke engang se et mikrobielt system. ”
Prøveekstraktion var en farlig og delikat operation. For nøjagtigt at analysere en varm forårs hele mikrobielle samfund havde Spear kun brug for at indsamle så meget materiale som et blyantgummi. Sedimentprøver blev øjet i specielle prøveflasker og nedfrosset øjeblikkeligt i flydende nitrogenbeholdere for at bevare det mikrobielle samfund.
I fjedre, hvor der ikke var noget sediment, indsamlede Spear prøver af planktoniske organismer ved at hænge et glasglas i vandet og lade mikroberne samle sig. ”Bakterier er ligesom os. De kan lide at være sammen, de kan lide at være knyttet til en overflade, og de kan lide at få deres mad - opløst brint, i dette tilfælde - bragt til dem. ”
Spear forklarede, at de varme kilder 'farver er resultatet af interaktioner mellem mineraler og mikroberne, der bor i bassinerne. Varmere vand viser normalt farver fra mineraler, og køligere vand spiller vært for fotosyntetiske pigmenter.
”Baseret på hvad jeg har set i denne analyse, tror jeg, at brint sandsynligvis kører meget liv i mange miljøer,” sagde Spear. ”Det er en del spekulation, men i betragtning af antallet og slags bakterier, der metaboliserer brint, er det sandsynligvis en meget gammel form for metabolisme.
Det er vigtigt, fordi det fortæller os om livets historie på Jorden, ”sagde han. ”Og hvis det fungerer på denne måde på Jorden, vil det sandsynligvis ske andetsteds. Når man ser på stjernerne, er der meget brint i universet. ”
Original kilde: UCB News Release
