מיקרובים החיים במעיינות החמים הצבעוניים להפליא של הפארק הלאומי ילוסטון משתמשים בעיקר במימן לדלק, כך מצאו חוקרים מאוניברסיטת קולורדו בבולדר כי הם מבשרים טוב מאוד לחיים בסביבות קיצוניות בכוכבי לכת אחרים ויכולים להוסיף להבנה של חיידקים בגוף האדם.
צוות של ביולוגים CU-Boulder בראשות פרופסור נורמן פייס, אחד המומחים המובילים בעולם בנושא אבולוציה מולקולרית ומיקרוביולוגיה, פרסם השבוע את הדו"ח שלהם "מימן וביו-אנרגטיקה במערכת הגיאותרמית של ילוסטון" במהדורה המקוונת של Proceedings of the National האקדמיה למדעים.
ממצאי הצוות, המבוססים על מספר שנים של מחקר בפארק, מפריכים את הרעיון הפופולרי כי גופרית היא מקור האנרגיה העיקרי עבור אורגניזמים זעירים החיים בתכונות תרמיות.
"זו הייתה הפתעה לגלות שמימן הוא מקור האנרגיה העיקרי למיקרובים במעיינות החמים," אמר פייס. "פרויקט זה מעניין גם בהקשר של מיקרוביולוגיה מכיוון שזו אחת הפעמים הבודדות שהצלחנו ללמוד חיידקים כדי לקבל מידע על מערכת אקולוגית שלמה. זה מעולם לא היה אפשרי. "
המחקר תוכנן במיוחד כדי לקבוע את המקור העיקרי לאנרגיה מטבולית המניעה קהילות מיקרוביאליות בתכונות בפארק עם טמפרטורות מעל 158 מעלות פרנהייט. לא ידוע כי פוטוסינתזה מתרחשת מעל לטמפרטורה זו.
שילוב של שלושה רמזים שונים הביא את החוקרים למסקנה שמימן הוא מקור האנרגיה העיקרי. ניתוח גנטי של זני החיידקים החיים ביישובי המעיינות החמים העלה שכולם מעדיפים מימן כמקור אנרגיה. הם גם צפו ב- H2 בכל מקום במעיינות החמים בריכוזים המספיקים לביו-אנרגיה מיקרוביאלית. מודלים תרמודינמיים המבוססים על נתוני שדה אישרו כי חילוף החומרים במימן היה מקור הדלק הסביר ביותר בסביבות אלה.
"עבודה זו מציגה כמה שאלות קשורות מעניינות," אמר ג'ון ספיר, מחבר הראשי של הדו"ח. "מימן הוא היסוד השופע ביותר ביקום. אם יש חיים במקום אחר, יכול להיות שמימן הוא הדלק שלו, "אמר ספיר. "ראינו עדויות למים במאדים, ואנחנו יודעים שכדור הארץ ניתן לייצר מימן ביוגנטית על ידי פוטוסינתזה ותסיסה או לא ביו-גנטית על ידי מים המגיבים עם סלע הנושא ברזל. יתכן שתהליכים שאינם ביוגניים מייצרים מימן על מאדים וכי צורת חיים מיקרוביאלית יכולה להשתמש בזה, "אמר.
ישנן דוגמאות רבות לחיידקים החיים בסביבות קיצוניות - כולל גוף האדם - המשתמשים במימן כדלק, על פי ספיר. "מחקרים אחרונים הראו כי חיידקי הליקובקטר פילורי, הגורמים לכיבים, חיים על מימן בתוך הקיבה", אמר ספיר. "סלמונלה מטבוליזם מימן במעיים. זה גורם לי לתהות כמה סוגים שונים של חיידקים שם בחילוף חומרים של מימן בסביבות קיצוניות. "
במקום להסתמך על טכניקות מסורתיות של מיקרוביולוגיה המשתמשות בתרבויות שגדלו במעבדה, צוות CU-Boulder השתמש במתודולוגיה שפותחה על ידי פייס כדי לנתח גנטית את הרכב הקהילה המיקרוביאלית כפי שהופיעה בשטח. "לא הסתכלנו על מה שגדל בתבשיל תרבות, הסתכלנו ב- RNA של דגימות היישר מהשדה," אמר ספיר.
"מעולם לא ידענו אילו חיידקים חיים במעיינות החמים של ילוסטון, ועכשיו אנו עושים זאת," אמר פייס.
חבילה חדשה של מכשירים שימשה לאיסוף נתונים, שחלקם מעולם לא נאספו. "איש לא נמדד לפני כן לפני כשבע שנים את ריכוז המימן במעיינות החמים מכיוון שהטכנולוגיה לא הייתה קיימת. כעת אנו יכולים לאתר ריכוזים נמוכים מאוד של מימן במים, "הסביר ספיר.
"מצאנו המון מימן במעיינות החמים - אספקה אינסופית לחיידקים," אמר. מדידות של כמות ה- H2 במים נרשמו במעיינות החמים של ילוסטון, נחלים ואוורור גיאותרמי באזורים שונים בפארק ובעונות שונות. בכל הסביבות היו ריכוזים המתאימים למטבוליזם אנרגיה.
הצוות השתמש במודלים תרמודינמיים המיוצרים על ידי מחשב כדי לגלות אם מימן אכן היה מקור האנרגיה העיקרי. "אתה יכול להריח גופרית באוויר בג'ולסטון. הרעיון המקובל היה שגופרית היא מקור האנרגיה לכל החיים במעיינות החמים," אמרה ספיר. לא כך, על פי דגמי המחשבים של הצוות הבנויים על מדידות שטח של מימן, סולפיד, ריכוז חמצן מומס וגורמים אחרים.
ספיר אמר שקשה לחקור מערכת אקולוגית מיקרוביאלית. "יש לנו מספיק קשה להסביר מה קורה ביער, למשל, עם כל המערכות השזורות. אנחנו אפילו לא יכולים לראות מערכת מיקרוביאלית. "
מיצוי דגימות היה פעולה מסוכנת ועדינה. כדי לנתח במדויק את כל קהילת המיקרוביאליות של מעיין חם, ספיר הייתה צריכה לאסוף רק חומר רב כמו מחק עיפרון. דגימות משקעים הועברו לבקבוקונים מיוחדים לדגימה והוקפאו מייד במכלי חנקן נוזליים כדי לשמר את קהילת החיידקים.
במעיינות שלא היה בהם משקע, אסף ספיר דגימות של אורגניזמים פלנקטוניים על ידי תליית מגלשת זכוכית במים ואיפשרה למיקרובים להצטבר. "חיידקים הם כמונו. הם אוהבים להיות יחד, הם אוהבים להיות מחוברים למשטח והם אוהבים שהאוכל שלהם - מימן מומס, במקרה הזה - יביא אליהם. "
ספיר הסביר כי צבעי המעיינות החמים הם תוצאה של אינטראקציות בין מינרלים למיקרובים החיים בבריכות. מים חמים מראים בדרך כלל צבעים ממינרלים, ומים קרירים יותר משמשים לפיגמנטים פוטוסינתטיים.
"על סמך מה שראיתי בניתוח זה, אני חושב שמימן כנראה מניע הרבה חיים בסביבות רבות," אמר ספיר. "זו ספקולציה חלקית, אבל בהתחשב במספר וסוגי החיידקים שמעבירים חילוף חומרים של מימן, זו כנראה סוג של מטבוליזם ישן מאוד.
זה חשוב מכיוון שהוא מספר לנו על ההיסטוריה של החיים על כדור הארץ, "אמר. "ואם זה עובד ככה על כדור הארץ, זה כנראה יקרה במקום אחר. כשמסתכלים על הכוכבים, יש הרבה מימן ביקום. "
המקור המקורי: מהדורת חדשות UCB
