Mikrobiolodzy z Caltech odkryli bakterie żywiące się manganem i wykorzystujące ten metal jako źródło energii. Istnienie mikrobów, które mogą metabolizować metale, zostało przewidziane ponad sto lat temu, ale aż do tej pory nikomu nie udało się ich znaleźć i opisać i gdyby nie długa podróż służbowa jednego z badaczy, moglibyśmy nadal o nich nie wiedzieć.

Hang Yu / Caltech. Na zdjęciu drobinki tlenku manganu generowane przez bakterie. Zdjęcie koloryzowane, wykonane za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego.

W nowym artykule opublikowanym w piśmie „Nature” naukowcy z California Institute of Technology opisali odkrycie bakterii, które mogą metabolizować mangan – jeden z najobficiej występujących pierwiastków na powierzchni Ziemi – i wykorzystywać go jako główne źródło energii. Naukowcy przewidzieli istnienie takich mikroorganizmów ponad sto lat temu, ale do tej pory pozostawały nieuchwytne.

Surowa i nierafinowana ruda manganu

Bakterie na diecie z manganu

– Są to pierwsze znane nam bakterie, które wykorzystują mangan jako źródło paliwa – powiedział Jared Leadbetter, profesor mikrobiologii z Caltech, który we współpracy z Hang Yu opisał odkrycie. – Wspaniałym aspektem drobnoustrojów występujących w naturze jest to, że mogą metabolizować pozornie nieprawdopodobne materiały, takie jak metale, dostarczając energię użyteczną dla komórki – dodał.

Badania ujawniły również, że bakterie mogą wykorzystywać mangan do przekształcania dwutlenku węgla w biomasę w procesie zwanym chemosyntezą. Naukowcy znali wcześniej kilka gatunków bakterii i grzybów, które mogą utleniać mangan w procesie chemosyntezy. W debatach spekulowali, że pewnie istnieją jeszcze nie zidentyfikowane mikroby, które mogą być w stanie wykorzystać ten proces do wzrostu i rozwoju.

Mangan jest również dla nas niezbędnym składnikiem odżywczym. Nasze organizmy używają go do przetwarzania tłuszczów i białek oraz tworzenia kości, a otrzymujemy go z pożywienia, takiego jak chociażby orzechy.

Hang Yu / Caltech. Na zdjęciu drobinki tlenku manganu generowane przez bakterie. Zdjęcie koloryzowane, wykonane za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego.

Długa podróż służbowa

W odkryciu bakterii pomógł przypadek. Leadbetter, po wykonaniu niepowiązanych ze sobą eksperymentów z lekką kredową formą manganu, zostawił szklany słoik zabrudzony substancją do namoczenia w wodzie w zlewie w laboratorium Caltechu, po czym wyjechał na kilka miesięcy do pracy poza kampusem. Kiedy wrócił, słoik był pokryty ciemnym materiałem.

Zaskoczony tym, co znalazł w zlewie, zaczął badać dziwną substancje. Ciemna substancja była formą tlenku manganu – produktu, który powstaje, gdy jony manganu tracą elektrony i przechodzą reakcję utleniania.- Zaczęliśmy się zastanawiać, czy to nie przypadkiem od dawna poszukiwane mikroby żywiące się metalami mogą być za to odpowiedzialne, więc systematycznie przeprowadzaliśmy testy, aby to sprawdzić – powiedział.

Analiza RNA ujawniła 70 gatunków bakterii, ale po dalszych testach zespołowi udało się wykluczyć większość z nich, aż pozostało tylko dwa gatunki. To bakterie Nitrospirae, które zwykle mają kształt półksiężyca oraz betaproteobacteria w kształcie pręcika. Naukowce doszli do wniosku, że bakterie mogą działać zespołowo.

W dalszych badaniach ustalili, że bakterie te wykorzystywały energię elektronów manganu do zmiany CO2 w użyteczny węgiel, tak jak rośliny wykorzystują światło słoneczne do przekształcania CO2 i wody w cukry i tlen podczas procesu fotosyntezy. Ten proces to wspomniana wcześniej chemosynteza.

Czarna pozostałość tlenku manganu może zatykać systemy wodne.

Wodociągi

Po krótkim śledztwie, uczeni uznali, że nowo odkryte bakterie prawdopodobnie pochodziły z wody wodociągowej. – Istnieją dowody na to, że krewni tych stworzeń żyją w wodach gruntowych, a część wody pitnej w Pasadenie jest pompowana z lokalnych warstw wodonośnych – wyjaśnił Leadbetter.

Chociaż mangan jest jednym z najpowszechniejszych pierwiastków na powierzchni naszej planety, jego dokładne poznanie umyka naukowcom. Pierwiastek ten nadal skrywa przed nami tajemnice. Niewiele wiemy o jego cyklu na Ziemi. Dziwna jest też jego tendencja do zatykania rur wodociągowych.

– Istnieje cały zbiór literatury na temat zatykania systemów dystrybucji wody pitnej przez tlenki manganu. Ale jak i z jakiego powodu w wodociągach powstaje taki materiał, pozostaje zagadką. Oczywiście wielu naukowców uważało, że mogą być za to odpowiedzialne bakterie wykorzystujące mangan do wytwarzania energii, ale dowodów na poparcie tych twierdzeń nie było, aż do tej pory – wyjaśnił badacz.

Grudka manganu

Konkrecje polimetaliczne

Odkrycie to pomoże naukowcom lepiej zrozumieć geochemię wód podziemnych. Wiadomo, że bakterie mogą rozkładać zanieczyszczenia w wodach gruntowych w procesie zwanym bioremediacją. Zaangażowane w proces mikroorganizmy redukują tlenek manganu, co oznacza, że ​​przekazują mu część elektronów, tym charakteryzuje się reakcja utleniania. Ale naukowców bardziej zastanawiało, skąd się bierze tlenek manganu chociażby w systemach dystrybucji wody.

Poza zatykaniem rur, tlenek manganu pojawia się również w tajemniczy sposób w postaci kulek czy guzków zalegających na większości dna morskiego. To tzw. konkrecje polimetaliczne – rozległe konglomeraty różnych pierwiastków. Te metalowe kuleczki, które mogą mieć rozmiary nawet grejpfruta, były znane badaczom morskim już w latach siedemdziesiątych XIX wieku. Od tego czasu odkryto, że takie guzki pokrywają dno wielu oceanów na Ziemi. W ostatnich latach firmy wydobywcze zainteresowały się pozyskiwaniem i eksploatacją tych złóż, ponieważ często znajdują się w nich rzadkie metale.

Ale niewiele wiadomo o tym, jak powstają konkrecje. Yu i Leadbetter zastanawiają się teraz, czy drobnoustroje podobne do tych, które znaleźli w wodzie z kranu w laboratorium, mogą spełniać jakąś rolę w tym procesie i planują dalsze badania.

 

 

 

ŹródłoCalifornia Institute of Technology, https://7news.com.au/technology/science/bacteria-that-eats-metal-accidentally-discovered-by-scientists-in-the-us-c-1173940

 

0 0 vote
Article Rating