الميكروبات التي تعيش في الينابيع الساخنة الملونة بشكل رائع في حديقة يلوستون الوطنية تستخدم الهيدروجين في المقام الأول للوقود ، يقول باحثون من جامعة كولورادو في بولدر إن هذا يبشر بالخير للحياة في البيئات القاسية على الكواكب الأخرى ويمكن أن يزيد من فهم البكتيريا داخل جسم الإنسان.
نشر فريق من علماء الأحياء CU-Boulder بقيادة البروفيسور نورمان بيس ، أحد الخبراء البارزين في العالم في التطور الجزيئي وعلم الأحياء الدقيقة ، تقريرهم حول "الهيدروجين والطاقة الحيوية في نظام الطاقة الحرارية الأرضية في يلوستون" هذا الأسبوع في النسخة الإلكترونية من مجلة The National Proceedings of the National أكاديمية العلوم.
تدحض النتائج التي توصل إليها الفريق ، استنادًا إلى عدة سنوات من البحث في الحديقة ، الفكرة الشائعة بأن الكبريت هو المصدر الرئيسي للطاقة للكائنات الدقيقة التي تعيش في السمات الحرارية.
قال بيس: "كان من المفاجئ أن يكون الهيدروجين هو مصدر الطاقة الرئيسي للميكروبات في الينابيع الساخنة". "هذا المشروع مثير للاهتمام أيضًا في سياق علم الأحياء الدقيقة لأنه من المرات القليلة التي تمكنا فيها من دراسة الميكروبات للحصول على معلومات حول نظام بيئي بأكمله. هذا لم يكن ممكنًا من قبل ".
تم تصميم الدراسة خصيصًا لتحديد المصدر الرئيسي للطاقة الأيضية التي تدفع المجتمعات الميكروبية في ميزات الحديقة مع درجات حرارة أعلى من 158 درجة فهرنهايت. التركيب الضوئي غير معروف أن يحدث فوق درجة الحرارة هذه.
أدى مزيج من ثلاث أدلة مختلفة الباحثين إلى استنتاج أن الهيدروجين هو المصدر الرئيسي للطاقة. كشف التحليل الجيني لأصناف الميكروبات التي تعيش في مجتمعات الينابيع الساخنة عن أنها تفضل الهيدروجين كمصدر للطاقة. كما لاحظوا وجود H2 في كل مكان في جميع الينابيع الساخنة بتركيزات كافية لطاقة الحيوية الميكروبية. أكدت النماذج الديناميكية الحرارية القائمة على البيانات الميدانية أن استقلاب الهيدروجين كان مصدر الوقود الأكثر احتمالا في هذه البيئات.
قال جون سبير ، المؤلف الرئيسي للتقرير ، "يقدم هذا العمل بعض الأسئلة المرتبطة المثيرة للاهتمام". "الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون. قال سبير: "إذا كانت هناك حياة في مكان آخر ، فربما يكون الهيدروجين هو وقودها". "لقد رأينا أدلة على وجود الماء على كوكب المريخ ، ونعلم أنه على الأرض ، يمكن إنتاج الهيدروجين وراثيًا عن طريق التخليق الضوئي والتخمير أو غير الحيوي من خلال تفاعل الماء مع الصخور الحاملة للحديد. من الممكن أن تنتج العمليات غير الحيوية إنتاج الهيدروجين على المريخ وأن بعض أشكال الحياة الميكروبية يمكن أن تستخدم ذلك.
هناك العديد من الأمثلة على البكتيريا التي تعيش في بيئات قاسية - بما في ذلك جسم الإنسان - تستخدم الهيدروجين كوقود ، وفقًا لسبير. قال سبير: "أظهرت الدراسات الحديثة أن بكتيريا هيليكوباكتر بيلوري التي تسبب القرحة تعيش على الهيدروجين داخل المعدة". السالمونيلا يستقلب الهيدروجين في الأمعاء. وهذا يجعلني أتساءل عن عدد الأنواع المختلفة من الميكروبات الموجودة التي تعمل على استقلاب الهيدروجين في البيئات القاسية ".
بدلاً من الاعتماد على التقنيات التقليدية لعلم الأحياء الدقيقة التي تستخدم الثقافات المزروعة في المختبر ، استخدم فريق CU-Boulder المنهجية التي طورها Pace لتحليل تكوين مجتمع الميكروبات وراثيًا كما ظهر في هذا المجال. وقال سبير "لم ننظر إلى ما ينمو في طبق الثقافة ، نظرنا في الحمض النووي الريبي لعينات من الحقل مباشرة".
قال بيس: "لم نكن نعرف من قبل ما هي الميكروبات التي تعيش في ينابيع يلوستون الساخنة ، والآن نحن نفعل ذلك".
تم استخدام مجموعة جديدة من الأدوات لجمع البيانات ، والتي لم يتم جمع بعضها من قبل. "لم يقم أحد بقياس تركيز الهيدروجين في الينابيع الساخنة من قبل لأن التكنولوجيا لم تكن موجودة قبل حوالي سبع سنوات. وأوضح سبير أنه يمكننا الآن الكشف عن تركيزات منخفضة للغاية من الهيدروجين في الماء.
قال: "وجدنا الكثير من الهيدروجين في الينابيع الساخنة - مصدر لا نهاية له للبكتيريا". تم تسجيل قياسات كمية H2 في الماء في ينابيع يلوستون الحارة وجداولها وفتحاتها الحرارية الأرضية في أجزاء مختلفة من المنتزه وخلال مواسم مختلفة. جميع البيئات لديها تركيزات مناسبة لاستقلاب الطاقة.
استخدم الفريق نماذج ديناميكية حرارية تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر لمعرفة ما إذا كان الهيدروجين هو بالفعل المصدر الرئيسي للطاقة. قال سبير: "يمكنك أن تشم رائحة الكبريتيد في الهواء في يلوستون ، وكانت الفكرة المقبولة أن الكبريت هو مصدر الطاقة للحياة في الينابيع الساخنة". ليس الأمر كذلك ، وفقًا لنماذج الكمبيوتر الخاصة بالفريق المبنية على القياسات الميدانية للهيدروجين والكبريتيد وتركيز الأكسجين المذاب وعوامل أخرى.
قال الرمح أنه كان من الصعب استكشاف النظام البيئي الميكروبي. "لدينا وقت صعب بما يكفي لشرح ما يجري في الغابة ، على سبيل المثال ، مع جميع أنظمة التشابك. لا يمكننا حتى رؤية نظام ميكروبي ".
كان استخراج العينة عملية خطيرة ودقيقة. من أجل تحليل مجتمع الميكروبات بأكمله في الربيع الحار بدقة ، احتاجت Spear إلى جمع ما يقرب من المواد مثل ممحاة القلم الرصاص. تم غرس عينات الرواسب في قوارير عينات خاصة وتم تجميدها على الفور في علب نيتروجين سائلة للحفاظ على المجتمع الميكروبي.
في الينابيع التي لم يكن فيها رواسب ، جمعت Spear عينات من كائنات العوالق بتعليق شريحة زجاجية في الماء والسماح للميكروبات بالتراكم. البكتيريا مثلنا تماما. إنهم يحبون أن يكونوا معًا ، ويحبون أن يعلقوا على سطح ويرغبون في جلب طعامهم - الهيدروجين المذاب ، في هذه الحالة - إليهم ".
وأوضح سبير أن ألوان الينابيع الساخنة هي نتيجة للتفاعلات بين المعادن والميكروبات التي تعيش في المسابح. عادةً ما يظهر الماء الأكثر حرارة ألوانًا من المعادن ، ويلعب الماء البارد دور أصباغ التمثيل الضوئي.
قال سبير: "بناءً على ما رأيته في هذا التحليل ، أعتقد أن الهيدروجين ربما يقود الكثير من الحياة في الكثير من البيئات". "إنه جزء من التكهنات ، ولكن نظرًا لعدد البكتيريا وأنواعها التي تستقلب الهيدروجين ، فمن المحتمل أنه شكل قديم جدًا من التمثيل الغذائي.
هذا مهم لأنه يخبرنا عن تاريخ الحياة على الأرض ". "وإذا كانت تعمل بهذه الطريقة على الأرض ، فمن المحتمل أن تحدث في مكان آخر. عندما تنظر إلى النجوم ، هناك الكثير من الهيدروجين في الكون ".
المصدر الأصلي: UCB News Release
