Fém étrenddel rendelkező baktériumokat fedeztek fel piszkos üvegárukban

A Caltech mikrobiológusok olyan baktériumokat fedeztek fel, amelyek mangánnal táplálkoznak, és a fémet használják kalóriaforrásként. Az ilyen mikrobák várhatóan több mint egy évszázaddal ezelőtt léteznek, de eddig nem találtak vagy írtak le ilyet.

étrenddel

"Ezek az első olyan baktériumok, amelyek üzemanyagforrásként a mangánt használják" - mondja Jared Leadbetter, a Caltech környezeti mikrobiológia professzora, aki Hang Yu posztdoktori tudóssal együttműködve ismerteti a megállapításokat a folyóirat július 16-i számában. Természet. "A mikrobák csodálatos vonása a természetben az, hogy képesek metabolizálni a látszólag valószínűtlennek tűnő anyagokat, például a fémeket, így hasznos energiát hozhatnak létre a sejt számára."

A tanulmányból az is kiderül, hogy a baktériumok mangán segítségével átalakíthatják a szén-dioxidot biomasszává, ezt a folyamatot kemoszintézisnek nevezik. Korábban a kutatók tudtak olyan baktériumokról és gombákról, amelyek képesek oxidálni a mangánt, vagy eltávolíthatják az elektronoktól, de csak arra tippeltek, hogy a még azonosítatlan mikrobák képesek lesznek felhasználni a növekedést ösztönző folyamatot.

Leadbetter egymással összefüggésben találta meg a baktériumokat, miután nem kapcsolódó kísérleteket végzett a mangán könnyű, krétaszerű formájával. Hagyott egy, az anyaggal szennyezett üvegedényt, hogy csapvízbe ázzon Caltech irodai mosogatójában, mielőtt több hónapra elindult volna az egyetemen dolgozni. Amikor visszatért, az üveget sötét anyaggal vonták be.

"Azt gondoltam:" Mi ez? "- magyarázza. "Elkezdtem azon gondolkodni, hogy a régóta keresett mikrobák felelősek-e, ezért szisztematikusan teszteket végeztünk ennek kiderítésére."

A fekete bevonat valójában oxidált mangán volt, amelyet olyan új baktériumok állítottak elő, amelyek valószínűleg magából a csapvízből származnak. "Bizonyíték van arra, hogy ezen élőlények rokonai a felszín alatti vizekben laknak, és Pasadena ivóvízének egy részét a helyi víztartó rétegekből szivattyúzzák ki" - mondja.

A mangán az egyik legelterjedtebb elem a föld felszínén. A mangán-oxidok sötét, csomós anyagot öltenek, és természetükben gyakoriak; felszín alatti lerakódásokban találtak és vízelosztó rendszerekben is kialakulhatnak.

"A környezettechnikai szakirodalom egész sora van arról, hogy az ivóvízelosztó rendszerek eltömődnek-e a mangán-oxidok miatt" - mondja Leadbetter. "De hogyan és milyen okból keletkezik ilyen anyag ott, továbbra is rejtély maradt. Nyilvánvaló, hogy sok tudós úgy gondolta, hogy a baktériumok felelősek lehetnek a mangán felhasználásáért, de ezt az elképzelést alátámasztó bizonyítékok mindeddig nem álltak rendelkezésre."

A megállapítás segít a kutatóknak jobban megérteni a felszín alatti vizek geokémiáját. Ismert, hogy a baktériumok lebontják a talajvíz szennyeződéseit, ezt a folyamatot bioremediációnak nevezik. Ennek során számos kulcsfontosságú szervezet "csökkenti" a mangán-oxidot, ami azt jelenti, hogy elektronokat adományoznak neki, hasonló módon, ahogyan az emberek oxigént használnak a levegőben. A tudósok arra voltak kíváncsiak, hogy a mangán-oxid eredetileg honnan származik.

"Az általunk felfedezett baktériumok képesek előállítani, így olyan életmódot élveznek, amely arra is szolgál, hogy a többi mikrobát ellátja azzal, amire szükségük van az általunk előnyösnek és kívánatosnak tartott reakciók végrehajtásához" - mondja Leadbetter.

A kutatási eredmények szintén relevánsak lehetnek a tengerfenék nagy részét kitevő mangáncsomók megértése szempontjából. Ezeket a kerek fémgolyókat, amelyek akkorák lehetnek, mint a grapefruit, a tengerkutatók már a HMS Challenger 1870-es évekbeli hajóútjain ismerték. Azóta kiderült, hogy ilyen csomók a Föld sok óceánjának fenekét szegélyezik. Az elmúlt években a bányavállalatok terveket készítettek e csomók betakarítására és kiaknázására, mert ritka fémek gyakran koncentrálódnak bennük.

De keveset értenek arról, hogyan alakulnak ki először a csomók. Yu és Leadbetter most arra kíváncsi, hogy az édesvízben megtaláltakhoz hasonló mikrobák szerepet játszhatnak-e, és tervezik-e a rejtély további kivizsgálását. "Ez aláhúzza annak szükségességét, hogy jobban megértsük a tengeri mangán göböket, mielőtt azokat a bányászat megtizedeli" - mondja Yu.

"Ez a Jared és Hang felfedezése jelentős intellektuális hiányosságot pótol a Föld elemi ciklusainak megértésében, és hozzáteszi azokat a különféle lehetőségeket, amelyekben a mangán, egy homályos, de gyakori átmeneti fém, alakította bolygónk életének fejlődését" - mondja Woodward Fischer, a Caltech geobiológiai professzora, aki nem vett részt a tanulmányban.

Több információ: Bakteriális kemolithoautotrófia mangán oxidáció útján, Természet (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2468-5