Sebuah mikroba yang hidup dengan sendirinya telah dijumpai di kedalaman bumi. • Alexander Markov • Berita Sains mengenai "Unsur" • Genetik, Sains Bumi, Kimia

Mikroba telah ditemui di kedalaman bumi, hidup dengan sendirinya.

Bacterium Desulforudis audaxviator di bawah mikroskop elektron imbasan. Satu bakterium bacillus yang panjang dapat dilihat dengan latar belakang zarah mineral kecil. Gambar dari bahan tambahan kepada artikel yang dibincangkan di Sains

Di Afrika Selatan, di kedalaman 2.8 km di bawah tanah, ekosistem yang unik ditemui, seluruh penduduknya diwakili oleh satu jenis bakteria. Mikroba, dipanggil Desulforudis audaxviator, tinggal bersendirian di dalam air bawah tanah panas tepu dengan sulfat, dan dia sendiri menghasilkan semua bahan yang diperlukannya untuk hidup dari sebatian anorganik.

Unsur-unsur telah diberitahu tentang komunitas mikroba yang luar biasa yang ditemui di bawah tanah di kedalaman lebih dari 2 km di Afrika Selatan (lihat Penduduk di pedalaman Bumi tidak memerlukan cahaya matahari, Elemen, 10.23.2006). Semua komuniti mikrob di bawah tanah (dan bukan sahaja di bawah tanah) yang terdapat di sini tidak termasuk satu, tetapi banyak jenis mikroorganisma, yang biasanya membentuk kompleks simbiotik, iaitu, membantu antara satu sama lain, membahagikan fungsi biokimia masing-masing.

Masyarakat yang paling monoton, di mana lebih daripada 88% mikrob milik spesies yang sama, dijumpai pada kedalaman 2.8 km di lombong emas Mponeng, seperti yang dijelaskan dalam nota yang tersebut di atas.Spesis mikrob yang dominan ini adalah pengurangan sulfat, iaitu, mengekstrak tenaga yang diperlukan untuk kehidupan dengan menjalankan reaksi pengurangan kimia sulfat (SO42-).

Meneruskan kajian biosfera bawah tanah, penyelidik dari Amerika Syarikat, Taiwan, dan Kanada mengekstrak DNA daripada 2,600 liter air yang dihasilkan di lombong yang sama dan pada kedalaman yang sama, tetapi dari telaga yang berbeza. Untuk mengejutkan para saintis, dalam sampel itu menunjukkan bahan genetik hanya satu jenis mikrob. Analisis dilakukan dengan sangat hati-hati, dan keputusannya telah disahkan oleh beberapa kaedah bebas. Ia adalah perlu untuk menyatakan fakta yang tidak dijangka dan mengejutkan: ekosistem bawah tanah ditemui, seluruh penduduknya diwakili oleh hanya satu jenis mikrob. Sekiranya terdapat mikroorganisma lain di sana, bahagian mereka, mengikut keputusan yang diperoleh, tidak melebihi 0.1%. Ini bermakna spesies mikrob yang dominan mesti menyediakan dirinya dengan segala yang diperlukan tanpa bantuan daripada organisma lain. Kemerdekaan dan kebolehan diri di kalangan makhluk hidup adalah sangat jarang berlaku, dan komuniti mikrob yang terdiri daripada satu spesies tidak diketahui sama sekali.

Apakah mikrob ini hidup dengan sendirinya dalam 60 darjah air pada kedalaman 2.8 km? Dia menjadi "kenalan lama", sehingga pengurangan sulfat yang menguasai sampel dari lombong Mponeng, yang telah dipelajari sebelumnya. Walau bagaimanapun, sehingga kini, sedikit diketahui mengenai mikroba ini (dia tidak diberi nama), dan kini hanya menjadi lebih baik untuk mengkaji dengan lebih teliti. Hakikatnya adalah hampir mustahil untuk membesar mikroba di makmal, dan mungkin untuk menilai biokimia, struktur dan gaya hidup mereka hanya berdasarkan analisis DNA. Walau bagaimanapun, jika genom banyak mikroorganisma terdapat di dalam sampel, maka secara teknikalnya sangat sukar untuk memahami yang mana mereka adalah kepunyaan satu atau satu lagi DNA.

Oleh itu, dalam kebanyakan kes, penyelidik adalah terhad kepada analisis beberapa gen yang paling "menunjukkan", terutamanya gen 16S-rRNA. Daripada gen ini, seseorang dapat menentukan dengan tepat dengan tepat berapa banyak dan mikroba yang terdapat di dalam sampel. Sekiranya ada mikroba yang tidak diketahui sains, maka dengan gen 16S-rRNA, adalah mungkin untuk menentukan yang mana dari mikroba yang diketahui adalah saudara terdekatnya, dan sudah dari kesimpulan ini diambil tentang biokimia dan gaya hidupnya.Dengan cara ini, sebelum ini telah diketahui bahawa bakteria yang dimaksudkan adalah agen pengurangan sulfat, dan relatifnya mikroorganisma yang paling diketahui dalam sains adalah bakteria yang mengurangkan sulfat. Desulfotomaculum.

Ini satu lagi perkara jika terdapat hanya satu mikroba di dalam sampel – dalam kes ini, teknologi moden memungkinkan untuk memasang keseluruhan genomnya dengan cepat dan murah. Inilah yang dilakukan oleh penyelidik dengan bakteria yang unik. Setelah berada di tangan urutan nukleotida penuh genom, banyak dapat dikatakan mengenai mikrob.

Untuk memulakan, bakterium bawah tanah mendapat nama – ia dipanggil Desulforudis audaxviator. Dalam bahan tambahan untuk artikel, penulis menerangkan makna nama tertentu. "Audax viator" adalah perkataan dari frasa Latin misterius yang menunjukkan pahlawan cerita Jules Verne yang menuju ke pusat bumi. Dalam terjemahan, mereka bermaksud "pengembara yang berani." Nah, nama itu agak sesuai. Menurut para penyelidik, mikroba membuat perjalanannya yang berani ke dalam perut bumi dan disesuaikan untuk hidup dalam kesendirian yang lengkap sekurang-kurangnya 20 juta tahun yang lalu.

Saiz genom D. audaxviator – 2.35 juta pasangan asas. Ini adalah saiz genom biasa untuk bakteria hidup bebas.Genom mengandungi 2157 gen protein pengekodan. Polimorfisme genetik dalam populasi mikrob bawah tanah adalah sangat rendah (daripada 2.35 juta nukleotida, hanya 32 berbeza). Ini menunjukkan bahawa penduduk baru-baru ini telah melalui kemacetan (tempoh yang sangat rendah) atau telah tertakluk kepada tekanan pemilihan yang kuat.

Oleh kerana "pengembara yang berani" sahaja melakukan semua fungsi yang makhluk hidup dalam ekosistem mesti dilakukan, penulis menjangkakan bahawa genomnya harus mengandungi satu set lengkap alat sokongan kehidupan di bawah keadaan yang melampau, termasuk mekanisme biokimia untuk tenaga, nitrogen dan penetapan karbon dan sintesis yang diperlukan bahan. Jadi ternyata. Dalam genom D. audaxviator "Alat kerja" berikut telah ditemui:

  • set lengkap gen untuk pengurangan sulfat, dan beberapa gen ini telah dipinjam oleh bakteria dari mikrob arkea, yang dianggap sebagai pakar terbaik dalam hidup di bawah keadaan yang melampau;
  • satu set hidrogenase – enzim yang membolehkan penggunaan hidrogen molekul (yang digunakan oleh banyak mikroba anaerobik sebagai penderma elektron dalam reaksi redoks);
  • satu set protein transporter untuk memindahkan sebatian organik yang telah selesai – gula dan asid amino – dari persekitaran luaran ke dalam sel (ini bermakna bahawa bakteria boleh bertindak bukan sahaja sebagai autotroph, iaitu untuk mensintesis bahan organik daripada sebatian anorganik, tetapi juga sebagai heterotroph, iaitu untuk makan selesai bahan organik, jika tiba-tiba muncul di alam sekitar.Jelas, di mana ada kehidupan D. audaxviator, satu-satunya sumber organik siap sedia boleh mati, mereput sel-sel bakteria yang sama. Ini bukanlah kehidupan "pengembara yang berani" untuk menyebarkan sumber-sumber yang berharga seperti itu. Dengan cara ini, dianggarkan bahawa bakteria yang hidup dalam keadaan sedemikian disebabkan oleh kekurangan sumber daya yang teruk harus berkembang dan membiak dengan sangat perlahan. Para saintis tidak mengecualikan bahawa di antara dua bahagian sel mikroba tersebut boleh mengambil beratus-ratus atau bahkan ribuan tahun);
  • protein untuk metabolisme autotrophik, membenarkan penggunaan karbon dioksida sebagai sumber karbon (CO2), karbon monoksida (CO) dan formate (HCOO);
  • set lengkap enzim untuk sintesis semua 20 asid amino;
  • gen yang diperlukan untuk pembentukan spora dengan kulit tebal (ini, jelas, membolehkan "pengembara" pergi melalui tempohapabila keadaan menjadi sangat tidak tertanggung);
  • gen untuk pembentukan flagella, di mana mikroba boleh terapung di mana sahaja ia mahu;
  • gen pelbagai reseptor dan sistem isyarat, iaitu apa yang menggantikan organ-organ indera dan sistem saraf dengan mikrob (nampaknya, "pengembara" indera di mana kepekatan bahan-bahan langka lebih tinggi dan terapung di sana);
  • protein untuk pengangkutan ammonium (NH4+) dari persekitaran luaran. Dalam sampel yang dipelajari, kepekatan ammonium cukup tinggi untuk memberikan nitrogen sepenuhnya dengan nitrogen, tetapi, nampaknya, ini tidak selalu berlaku. Oleh itu D. audaxviator mempunyai arsenalnya juga nitrogenase, enzim yang membolehkan penetapan nitrogen, iaitu mengubah nitrogen molekul menjadi sebatian nitrogen yang dicerna untuk sel hidup (terutamanya dalam ammonium yang sama). Nitrogenase, seperti banyak protein lain, dipinjam oleh "pengembara" dari arkea melalui pertukaran genetik mendatar.

Ini adalah bagaimana ekosistem bawah tanah dianjurkan dengan satu-satunya ahli yang hidup – bakteria itu. Desulforudis audaxviator. Bakterium itu sendiri, bersama dengan metabolismenya, digambarkan di bahagian atas rajah sebagai bujur besar.Ia dapat dilihat bahawa kerosakan radioaktif uranium memainkan peranan penting dalam fungsi ekosistem (ditunjukkan "bolt kilatGambar dari artikel yang dibincangkan diSains

Para saintis yang ditemui dalam genom D. audaxviator banyak lagi gen yang berasal dari arkeologi. Kebanyakan mereka dikaitkan dengan penyesuaian kepada kehidupan dalam keadaan yang melampau. The "Wanderer" yang dipinjam dari Archean juga beberapa gen untuk perlindungan terhadap virus (ternyata anda tidak boleh menyembunyikan dari mereka walaupun di bawah tanah). Rupa-rupanya, dia tidak akan dapat menjadi begitu bebas dan mandiri jika dia tidak pernah berkomunikasi dengan sangat rapat dengan mikrob lain dan tidak akan memberi mereka beberapa gen berguna.

Setakat yang boleh diadili oleh genom, "pengembara" mungkin hidup pada suhu yang lebih tinggi daripada yang dia dijumpai.

Tetapi apa yang "pengembara" tidak mempunyai sama sekali, walaupun dalam bentuk asas, adalah protein yang membolehkan penggunaan oksigen atau sekurang-kurangnya mempertahankan terhadap kesan toksiknya. Ini bermakna bahawa "pengembara" tidak perlu berurusan dengan oksigen untuk masa yang lama.

Kesimpulan teori utama yang dibuat oleh penulis dari kajian "pengembara yang berani" ialah keseluruhan komponen biologi dari ekosistem yang mudah, sebagaimana ternyata, dapat dikodkan dalam genom tunggal.

Sumber: Chivian D. et al.Genomik Alam Sekitar Mendedahkan Ekosistem Satu-Spesies Dalam Dalam Bumi // Sains. 2008. V. 322. P. 275-278.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: