Мікроби, які живуть у блискучих кольорах гарячих джерел Єллоустонського національного парку, використовують в основному водень для палива. Відкриття дослідників університету Колорадо в Боулдері стверджує, що тіла добре живуть в екстремальних умовах на інших планетах і можуть додати розуміння бактерій всередині людського організму.
Цього тижня команда біологів CU-Boulder під керівництвом професора Нормана Пейса, одного з провідних світових експертів з молекулярної еволюції та мікробіології, опублікувала доповідь "Водень та біоенергетика в геотермальній системі Йеллоустоун" в онлайн-виданні "Матеріали національних". Академія наук.
Висновки команди, засновані на багаторічних дослідженнях у парку, спростовують популярну думку про те, що сірка є основним джерелом енергії для крихітних організмів, що живуть в теплових характеристиках.
"Це було несподіванкою, коли водник став основним джерелом енергії для мікробів на гарячих джерелах", - сказав Пейс. "Цей проект також цікавий в контексті мікробіології, оскільки нам було одним з небагатьох разів, коли ми могли вивчати мікроби, щоб отримати інформацію про цілу екосистему. Це ніколи раніше не було можливо. "
Дослідження було спеціально розроблене для визначення основного джерела метаболічної енергії, що рухає мікробними спільнотами в паркові особливості з температурою вище 158 градусів за Фаренгейтом. Не відомо, що фотосинтез відбувається вище зазначеної температури.
Поєднання трьох різних підказок змусило дослідників зробити висновок, що водень є основним джерелом енергії. Генетичний аналіз різновидів мікробів, що мешкають у громадах гарячих джерел, показав, що всі вони віддають перевагу водню як джерелу енергії. Вони також спостерігали всюдисущий Н2 на всіх гарячих джерелах у концентраціях, достатніх для мікробної біоенергетики. Термодинамічні моделі, засновані на польових даних, підтвердили, що метаболізм водню є найбільш ймовірним джерелом палива в цих середовищах.
"Ця робота представляє цікаві пов'язані з цим питання", - сказав головний автор звіту Джон Спір. «Водень - найпоширеніший елемент у Всесвіті. Якщо в інших місцях є життя, можливо, водень є його паливом », - сказав Спір. "Ми бачили свідчення води на Марсі, і знаємо, що на Землі водень може вироблятися біогенетично фотосинтезом і ферментацією або небіогенетично шляхом реакції води з гірською породою. Можливо, що небіогенні процеси виробляють водень на Марсі, і якась мікробна форма життя може використовувати це ", - сказав він.
За свідченнями Спірса, існує багато прикладів бактерій, що живуть в екстремальних умовах - включаючи людське тіло -, які використовують водень як паливо. "Останні дослідження показали, що бактерії Helicobacter pylori, які викликають виразки, живуть на водні всередині шлунка", - сказав Спірс. «Сальмонела метаболізує водень у кишечнику. Мене змушує замислитися, скільки різних видів мікробів метаболізує водень в екстремальних умовах ».
Замість того, щоб покладатися на традиційні методи мікробіології, які використовують культури, вирощені в лабораторії, команда CU-Boulder використовувала методологію, розроблену Пейсом, для генетичного аналізу складу мікробної спільноти, коли вона з'явилася на місцях. "Ми не дивилися на те, що росте в культурі, ми розглядали РНК зразків прямо з поля", - сказав Спір.
"Ми ніколи не знали, які мікроби живуть на гарячих джерелах Йеллоустоун, і зараз ми це робимо", - сказав Пейс.
Новий набір інструментів використовувався для збору даних, деякі з яких ще ніколи не збиралися. «Ніхто раніше не вимірював концентрацію водню в гарячих джерелах, оскільки технологія існувала ще близько семи років тому. Тепер ми можемо виявити дуже низькі концентрації водню у воді », - пояснив Спір.
"Ми знайшли багато водню в гарячих джерелах - нескінченний запас бактерій", - сказав він. Вимірювання кількості води у воді було зафіксовано у гарячих джерелах, потоках та геотермальних отворах Йеллоустоун у різних частинах парку та у різні пори року. У всіх середовищах були концентрації, придатні для енергетичного обміну.
Команда використовувала комп'ютерні термодинамічні моделі, щоб з'ясувати, чи справді водень був основним джерелом енергії. "Ви можете понюхати сульфід у повітрі на Єллоустоун, і прийнята думка полягала в тому, що сірка є джерелом енергії для життя на гарячих джерелах", - сказав Спір. Не так, згідно з комп'ютерними моделями команди, побудованими на польових вимірах водню, сульфіду, концентрації розчиненого кисню та інших факторів.
Спірс сказав, що важко дослідити мікробну екосистему. "У нас досить важко пояснити, що відбувається в лісі, наприклад, з усіма системами переплетення. Ми навіть не можемо побачити мікробну систему ».
Вилучення проби було небезпечною та делікатною операцією. Щоб точно проаналізувати всю мікробну спільноту «гарячої весни», Спірс мав зібрати лише приблизно стільки матеріалу, скільки гумка для олівців. Зразки осаду забирали у спеціальні флакони і негайно заморожували у каністрах з рідким азотом для збереження мікробної спільноти.
У джерелах, де не було осаду, Спір зібрав зразки планктонних організмів, повісивши у воду скляну гірку і давши можливість мікробам накопичуватися. «Бактерії такі, як ми. Вони люблять бути разом, вони люблять бути прикріпленими до поверхні, і їм подобається, щоб їхня їжа - розчинений водень, в даному випадку - принесла їм ».
Спірс пояснив, що кольори гарячих джерел є результатом взаємодії між мінералами та мікробами, що живуть у басейнах. Гаряча вода зазвичай демонструє кольори з мінералів, а холодніша вода відтворює фотосинтетичні пігменти.
"Виходячи з того, що я бачив у цьому аналізі, я думаю, що водень, ймовірно, веде багато життя в багатьох середовищах", - сказав Спір. "Це часткова спекуляція, але враховуючи кількість та види бактерій, які метаболізують водень, це, мабуть, дуже стара форма метаболізму.
Це важливо, тому що воно розповідає про історію життя на Землі », - сказав він. "І якщо це працює так на Землі, це, швидше за все, станеться в іншому місці. Коли ви дивитесь на зірки, у Всесвіті багато водню ».
Оригінальне джерело: News Release UCB
