Hvis der som et resultat af en global katastrofe ikke er noget ilt tilbage i jordens atmosfære, vil en af de få overlevende organismer være Escherichia coli. Dets vigtigste trumfkort er evnen til at indånde alt og hvor som helst: på overfladen, i jorden, i den menneskelige mave og ikke nødvendigvis med ilt. Sammen med E. coli forbliver flere hundrede arter af gamle væsner på planeten, der er i stand til at indånde svovl, jern, uran og endda arsen.
Forurenet luft
I 2010 opdagede Felisa Wolf-Simon, en forsker ved NASAs afdeling for astrobiologi, mens han studerede den salte California Mono Lake, usædvanlige bakterier. De levede i vand, hvor koncentrationen af alkalier oversteg 80 gange den tilsvarende indikator i havet. Mikrober anvendte arsen til respiration, en gift for de fleste levende organismer.
I laboratoriet blev fundet, kaldet "stamme GFAJ-1", anbragt i en næringsopløsning med et normalt indhold af sukker og vitaminer, men helt uden fosfater - forbindelser, hvor fosfor kommer fra miljøet. I stedet blev mikroorganismer plantet med arsenater (arsenforbindelser).
Det viste sig, at bakterier i et fosforfrit miljø ikke kun indånder arsen, men også ved, hvordan de kan indarbejdes i DNA og RNA-molekyler i stedet for fosfor. Med hensyn til kemiske egenskaber er disse elementer ens - enzymer i cellen skelner muligvis ikke phosphat fra arsenat, og dette sker ret ofte. Det er sandt, at en sådan substitution normalt ender med død og forstening af bakterier, men ikke i tilfælde af GFAJ-1-stammen.
”Anaerobe mikroorganismer (dem, der ikke har brug for ilt i livet eller er dødbringende. - Red.) Er i stand til at reducere arsen ved at bruge det i åndedræt som elektronacceptor. Anaerober er også i stand til at indånde sulfater, jern, mangan, uran, selen, nitrater. Vi taler kun om mikrober, der ikke har en formaliseret kerne - prokaryoter, inklusive bakterier og archaea. Der er svampe, der vokser anaerobt, men dette er sjældent, og blandt eukaryoter (organismer med en dannet kerne) er dette undtagelsen snarere end reglen,”siger Olga Karnachuk, leder af Institut for Plantefysiologi og Bioteknologi ved Biologisk Institut ved Tomsk State University, til RIA Novosti.
Til venstre - Felisa Wolf-Simon, der opdagede mikroorganismer, der bruger fosfor som byggemateriale til celler. Til højre - bakterier stammer GFAJ-1 i en næringsopløsning, der indeholder vitaminer, sukkerarter og arsenater.
Salgsfremmende video:
Gamle og ihærdige
For mere end tre milliarder år siden blev de første levende organismer på Jorden fodret med brint og svovlmolekyler.
”Det eldste af anaerobe åndedræt er svovlindånd. Svovl kom som molekylært brint fra vulkaner. Denne type stofskifte blev brugt, når alt liv kun bestod af bakterier og archaea,”siger Olga Karnachuk.
Med udseendet af cyanobakterier, hvis metaboliske produkt var ilt, begyndte jordens atmosfære gradvist at ændre sig. For omkring 850-600 millioner år siden var der allerede meget O2 i luften. For gamle mikroorganismer betød dette en katastrofe - ilt er lige så giftigt for dem som klorgas er for mennesker. Derfor døde nogle, andre (de såkaldte obligate anaerober) flygtede til anoxiske steder - for eksempel under jorden. Der var også dem, der formåede at tilpasse sig og lærte at neutralisere giftig gas.
Over tid "forståede" nogle mikroorganismer: ilt er en stærk elektronacceptor, og ved at oxidere organiske molekyler med det, kan du få en masse energi, der er nødvendig for livet. Dette betyder, at cellens størrelse øges, derfor placeres der mere DNA i den, og strukturen bliver mere kompleks - sådan er der en chance for at blive multicellulær.
Dyr, der ikke kan trække vejret
”Planter, dyr, mennesker - alle indånder ilt. Dette er den mest effektive måde at opnå energi på, og derfor, når aerob respiration dukkede op, åbnes udsigterne for, at levende organismer kunne danne højere former, inklusive mennesker. Anaerobe mikrober er også i stand til at udvikle sig, men i en anden retning. Mange af dem tog vejen for at kombinere de to typer af vejrtrækning. F.eks indånder E. coli (Escherichia coli) ilt, og når det kommer ind i den menneskelige krop (i et anaerobt miljø) - nitrater. Hvis forholdene er helt dårlige, er bakterien overhovedet ikke i stand til at trække vejret, den vandrer - dette er en helt anden type stofskifte. Der er praktisk talt ingen sådanne opportunister blandt de højere former,”bemærker eksperten.
Der er dog en undtagelse - den nakne muldyrrot. Dette pattedyr, der bor i underjordiske huller, koster i timevis et meget lavt niveau af ilt og helt uden luft vil vare så længe som 18 minutter (til sammenligning: menneskelig hjernedød forekommer i gennemsnit efter fem minutter i et iltfrit miljø).
Når der er lidt O2 i luften, skifter den nakne muldyrrotte til anaerob nedbrydning af fruktose - på grund af det faktum, at GLUT5-kanaler, der er ansvarlige for frigivelse af fruktose i blodet, syntetiseres i forskellige væv. Hos andre pattedyr produceres de kun i tarmen.
Nøgne muldvarp rotte - det eneste pattedyr, der er i stand til anaerob nedbrydning af fruktose.
At hjælpe en person
”Der er mange organismer på Jorden, der kan klare sig uden ilt, fordi der let skabes anaerobe forhold - for eksempel i en blomsterpotte, komposthaug eller kystsedimenter, selv i vores egen krop,” fortsætter forskeren.
Mens nogle anaerober forårsager alvorlig infektion, når de bliver skudt eller knivstukket, er de fleste mennesker til gavn. For eksempel lærte forskere fra University of California i San Diego bakterierne Salmonella enterica til at ødelægge kræfttumorer: nogle salmonella syntetiserede et toksin, der skaber huller i membranerne i kræftceller, det andet et specielt protein, der aktiverer immunsystemet, og endnu andre producerede et molekyle, der udløser et selvdestruktionsprogram i kræftceller.
Methanogen archaea bruges til produktion af biogas fra almindeligt husholdningsaffald, og sulfatreducerende grupper er i stand til at rense spildevand fra forurening.
”I dag lukkes mange miner på grund af den høje koncentration af sulfat. Når kul udvindes, genereres en stor mængde spildevand, der efter rensning strømmer ind i floderne. Hvis sulfater ikke bortskaffes, kan fisk og anden akvatisk biota dræbes om vinteren. Vi renser mine spildevand fra disse skadelige forbindelser ved hjælp af mikroorganismer dyrket i vores laboratorium. Vi skaber forhold i miner, så der er mulighed for respiration af sulfat der, og alt sulfat fjernes ved hjælp af bakterier. Denne teknologi bruges allerede i praksis i England, USA, Tyskland. Vi skaber nu bare bioteknologi, der kan arbejde under de klimatiske forhold i Rusland med lave gennemsnitlige årlige temperaturer,”konkluderer eksperten.
Alfiya Enikeeva