Če zaradi svetovne kataklizme v Zemljini atmosferi ne ostane kisika, bo eden redkih preživelih organizmov Escherichia coli. Njen glavni adut je sposobnost, da diha karkoli in kjer koli: na površini, v tleh, v človeškem želodcu in ne nujno s kisikom. Skupaj z E. coli bo na planetu ostalo več sto vrst starodavnih bitij, ki bodo lahko dihale žveplo, železo, uran in celo arzen.
Zastrupljen zrak
Leta 2010 je Felisa Wolf-Simon, raziskovalka z Nasinega oddelka za astrobiologijo, med študijem slanega kalifornijskega jezera Mono Lake odkrila nenavadne bakterije. Živeli so v vodi, kjer je koncentracija alkalij presegala 80-kratnik ustreznega kazalca v oceanu. Mikrobi so uporabljali arzen za dihanje, strup za večino živih organizmov.
V laboratoriju so najdbo, imenovano "sev GFAJ-1", postavili v hranilno raztopino z normalno vsebnostjo sladkorjev in vitaminov, a popolnoma brez fosfatov - spojin, v katere fosfor prihaja iz okolja. Namesto tega so bili mikroorganizmi posajeni z arzenati (arzenove spojine).
Izkazalo se je, da v okolju brez fosforja bakterije ne samo dihajo arzen, ampak ga znajo namesto fosforja vgraditi tudi v molekuli DNK in RNK. Glede na kemijske lastnosti so ti elementi podobni - encimi v celici morda ne razlikujejo fosfata od arzenata in to se zgodi precej pogosto. Res je, taka zamenjava se običajno konča s smrtjo in okamenenjem bakterij, vendar ne v primeru seva GFAJ-1.
"Anaerobni mikroorganizmi (tisti, ki ne potrebujejo kisika za življenje ali so smrtonosni. - Ed.), Lahko zmanjšajo arzen, če ga uporabljajo pri dihanju kot sprejemnik elektronov. Prav tako so anaerobi sposobni dihati sulfati, železo, mangan, uran, selen, nitrati. Govorimo le o mikrobih, ki nimajo formaliziranega jedra - prokariote, vključno z bakterijami in arhejami. Tu rastejo glive anaerobno, vendar je to redko, in med evkarionti (organizmi s tvorjenim jedrom) je to prej izjema kot pravilo, "pravi RIA Novosti Olga Karnačuk, vodja oddelka za fiziologijo rastlin in biotehnologijo z Biološkega inštituta državne univerze Tomsk.
Na levi - Felisa Wolf-Simon, ki je odkrila mikroorganizme, ki fosfor uporabljajo kot gradbeni material za celice. Na desni - bakterije seva GFAJ-1 v hranilni raztopini, ki vsebuje vitamine, sladkorje in arzenate.
Promocijski video:
Starodaven in trmast
Pred več kot tremi milijardami let so se prvi živi organizmi na Zemlji hranili z molekuli vodika in žvepla.
Najbolj starodaven anaerobni vdih je žveplov vdih. Žveplo je, podobno kot molekularni vodik, prihajalo iz vulkanov. Ta vrsta presnove je bila uporabljena, ko so vse življenje sestavljale le bakterije in arheje, «pravi Olga Karnačuk.
S pojavom cianobakterij, katerih presnovni produkt je bil kisik, se je sestava zemeljske atmosfere začela postopoma spreminjati. Pred približno 850-600 milijoni let je bilo v zraku že veliko O2. Za starodavne mikroorganizme je to pomenilo katastrofo - kisik je zanje tako strupen, kot je klorov plin za ljudi. Zato so nekateri izumrli, drugi (tako imenovani obligacijski anaerobi) so zbežali v anoksična mesta - na primer pod zemljo. Bilo je tudi takih, ki so se uspeli prilagoditi in se naučili nevtralizirati strupeni plin.
Sčasoma so nekateri mikroorganizmi "razumeli": kisik je močan sprejemnik elektronov in z oksidacijo organskih molekul z njim lahko dobite veliko energije, ki je potrebna za življenje. To pomeni, da se velikost celice poveča, zato se vanjo položi več DNK, struktura pa postane bolj zapletena - tako obstaja možnost, da postane večcelična.
Živali, ki ne morejo dihati
„Rastline, živali, ljudje - vsi dihajo kisik. To je najučinkovitejši način pridobivanja energije, zato se je ob aerobnem dihanju odprla možnost, da živi organizmi tvorijo višje oblike, vključno s človekom. Tudi anaerobni mikrobi se lahko razvijejo, vendar v drugačni smeri. Mnogi od njih so ubrali pot združevanja obeh vrst dihanja. Na primer, E. coli (Escherichia coli) diha kisik, ko pa vstopi v človeško telo (v anaerobnem okolju) - nitrate. Če so pogoji popolnoma slabi, bakterija sploh ne more dihati, se sprehaja - to je povsem drugačna vrsta presnove. Takšnih oportunistov med višjimi oblikami praktično ni, «ugotavlja strokovnjak.
Vendar obstaja ena izjema - gola podgana. Ta sesalec, ki živi v podzemnih burjah, stane ure na zelo nizki ravni kisika in popolnoma brez zraka bo trajalo kar 18 minut (za primerjavo: smrt človeških možganov v povprečju nastopi po petih minutah v okolju brez kisika).
Ko je v zraku malo O2, goli mol podgana preide na anaerobni razpad fruktoze - zaradi dejstva, da se kanali GLUT5, ki so odgovorni za sproščanje fruktoze v krvi, sintetizirajo v različnih tkivih. Pri drugih sesalcih se proizvajajo le v črevesju.
Gola mol podgana - edini sesalec, ki je sposoben anaerobnega razpada fruktoze.
V pomoč človeku
"Na Zemlji je ogromno organizmov, ki lahko brez kisika, ker se anaerobni pogoji zlahka ustvarijo - na primer v cvetličnem loncu, kompostnem kupu ali obalni usedlini, tudi v našem telesu," nadaljuje raziskovalec.
Medtem ko nekateri anaerobi povzročajo resno okužbo, ko so ustreljeni ali zabodeni, koristijo ljudem. Na primer, znanstveniki z univerze v Kaliforniji v San Diegu so bakterijo Salmonella enterica učili, da uničuje rakave tumorje: nekatere salmonele so sintetizirale strup, ki naredi luknje v membranah rakavih celic, drugi poseben protein, ki aktivira imunski sistem, drugi pa so proizvedli molekulo, ki v rakavih celicah sproži program samouničenja.
Metanogene arheje se uporabljajo pri proizvodnji bioplina iz navadnih gospodinjskih odpadkov, skupine, ki reducirajo sulfat, pa so sposobne očistiti odpadno vodo pred onesnaženjem.
"Danes je veliko rudnikov zaprtih zaradi visoke koncentracije sulfata. Ko premog pridobivamo, nastane velika količina odpadne vode, ki se po čiščenju odteka v reke. Če se ne odstrani sulfatov, se pozimi lahko ubijejo ribe in drugi vodni bioti. Rudne odpadne vode iz teh škodljivih spojin očistimo z mikroorganizmi, ki se gojijo v našem laboratoriju. V rudnikih ustvarjamo pogoje, tako da je tam možno dihanje s sulfatom in ves sulfat odstranimo s pomočjo bakterij. Ta tehnologija se že uporablja v praksi v Veliki Britaniji, ZDA, Nemčiji. Zdaj šele ustvarjamo biotehnologijo, ki lahko deluje v podnebnih razmerah Rusije z nizkimi povprečnimi letnimi temperaturami, "zaključuje strokovnjak.
Alfija Enikeeva