Ako kao rezultat globalne kataklizme ne ostane kisika u Zemljinoj atmosferi, tada će jedan od rijetkih preživjelih organizama biti Escherichia coli. Njezin je glavni adut sposobnost disanja bilo čega i bilo gdje: na površini, u tlu, u ljudskom želucu, a ne nužno i s kisikom. Zajedno s E. coli, na planeti će ostati nekoliko stotina vrsta drevnih bića sposobnih da udišu sumpor, željezo, uran, pa čak i arsen.
Otrovan zrak
Godine 2010. Felisa Wolf-Simon, istraživačica NASA-inog odjela za astrobiologiju, proučavajući slano Kalifornijsko jezero Mono, otkrila je neobične bakterije. Živjeli su u vodi, gdje je koncentracija alkala prelazila 80 puta odgovarajući pokazatelj u oceanu. Mikrobi su koristili arsen za disanje, otrov je za većinu živih organizama.
U laboratoriju je nalaz, nazvan "soj GFAJ-1", stavljen u hranjivu otopinu s normalnim sadržajem šećera i vitamina, ali potpuno lišen fosfata - spojeva u koje fosfor dolazi iz okoliša. Umjesto toga, mikroorganizmi su zasađeni arsenatima (arsenovim spojevima).
Pokazalo se da u okruženju bez fosfora bakterije ne samo dišu arsen, već ga znaju ugraditi u molekule DNK i RNK umjesto fosfora. U pogledu kemijskih svojstava ti su elementi slični - enzimi u stanici možda ne mogu razlikovati fosfat od arsenata, a to se događa prilično često. Istina, takva supstitucija obično završava smrću i okamenjenjem bakterija, ali ne u slučaju soja GFAJ-1.
"Anaerobni mikroorganizmi (oni kojima ne treba kisik za život ili su smrtonosni. - Približno izd.) Mogu smanjiti arsen, koristeći ga u disanju kao akceptor elektrona. Također, anaerobi su u stanju udisati sulfate, željezo, mangan, uran, selen, nitrate. Govorimo samo o mikrobima koji nemaju formaliziranu jezgru - prokariote, uključujući bakterije i arheje. Anaerobno raste gljiva, ali to je rijetko, a među eukariotima (organizmi s formiranom jezgrom) to je iznimka, a ne pravilo ", kaže RIA Novosti Olga Karnachuk, voditeljica Odjela za biljnu fiziologiju i biotehnologiju na Biološkom institutu Državnog sveučilišta Tomsk.
S lijeve strane - Felisa Wolf-Simon, koja je otkrila mikroorganizme koji koriste fosfor kao građevni materijal za stanice. S desne strane - bakterije naprežu GFAJ-1 u hranjivoj otopini koja sadrži vitamine, šećere i arsenate.
Promotivni video:
Drevni i nepopustljivi
Prije više od tri milijarde godina, prvi živi organizmi na Zemlji su se hranili molekulima vodika i sumpora.
Najstariji od anaerobnih daha je sumporni dah. Sumpor je poput molekularnog vodika potekao iz vulkana. Ta se vrsta metabolizma koristila kad su se cijeli život sastojali samo od bakterija i arheja “, kaže Olga Karnachuk.
Pojavom cijanobakterija, čiji je metabolički produkt bio kisik, sastav zemljine atmosfere počeo se postupno mijenjati. Prije otprilike 850-600 milijuna godina, u zraku je već bilo puno O2. Za drevne mikroorganizme to je značilo katastrofu - kisik je za njih toksičan koliko i klor za ljude. Stoga su neki izumrli, drugi (tzv. Obligati anaerobi) pobjegli su na anoksična mjesta - na primjer, u podzemlje. Bilo je i onih koji su se uspjeli prilagoditi i naučili neutralizirati otrovni plin.
S vremenom su neki mikroorganizmi "razumjeli": kisik je jak akceptor elektrona i oksidirajući organske molekule pomoću njega možete dobiti puno energije potrebne za život. To znači da se veličina stanice povećava, dakle, u nju se stavi više DNK, a struktura postaje složenija - tako postoji mogućnost da postane višećelijska.
Životinje koje ne mogu disati
„Biljke, životinje, ljudi - svi udišu kisik. To je najučinkovitiji način dobivanja energije, pa kad se pojavilo aerobno disanje, životni se organizmi otvaraju u više oblike, uključujući ljude. Anaerobni mikrobi također su sposobni evoluirati, ali u drugom smjeru. Mnogi od njih krenuli su putem spajanja dviju vrsta disanja. Na primjer, E. coli (Escherichia coli) udiše kisik, a kad uđe u ljudsko tijelo (u anaerobnom okruženju) - nitrate. Ako su uvjeti potpuno loši, bakterija uopće ne može disati, luta - ovo je sasvim drugačija vrsta metabolizma. Takvih oportunista gotovo nema među višim oblicima “, napominje stručnjak.
Međutim, postoji jedna iznimka - goli mol štakor. Ovaj sisavac, živeći u podzemnim ukopanicama, košta satima vrlo nisku razinu kisika, a potpuno bez zraka trajat će čak 18 minuta (za usporedbu: smrt ljudskog mozga u prosjeku nastupi nakon pet minuta u okruženju bez kisika).
Kad je u zraku malo O2, goli mol štakor prelazi na anaerobni raspad fruktoze - zbog činjenice da se kanali GLUT5, koji su odgovorni za oslobađanje fruktoze u krvi, sintetiziraju u različitim tkivima. Kod ostalih sisavaca proizvodi se samo u crijevima.
Goli krt pacov - jedini sisavac sposoban za anaerobni raspad fruktoze.
Da pomognemo osobi
"Na Zemlji postoji puno organizama koji mogu bez kisika, jer se lako stvaraju anaerobni uvjeti - na primjer, u loncu za cvijeće, kompostnoj hrpi ili obalnom sedimentu, čak i u našem vlastitom tijelu", nastavlja istraživač.
Iako neki anaerobi uzrokuju ozbiljnu infekciju prilikom pucanja ili uboda, većina koristi ljudima. Na primjer, znanstvenici sa Sveučilišta u Kaliforniji u San Diegu naučili su bakteriju Salmonella enterica uništavati tumore raka: neke su salmonele sintetizirale toksin koji čini rupe u membrani stanica raka, drugi posebni protein koji aktivira imunološki sustav, a drugi su proizveli molekulu koja pokreće program samouništavanja u stanicama raka.
Metanogena arheja koristi se u proizvodnji bioplina iz običnog kućnog otpada, a skupine koje reduciraju sulfat sposobne su pročišćavati otpadne vode od onečišćenja.
„Danas se mnoge mine zatvaraju zbog velike koncentracije sulfata. Kad se ugljen iskopa, nastaje velika količina otpadne vode koja se nakon obrade sliva u rijeke. Ako se sulfati ne zbrinu, zimi se mogu uginuti ribe i drugi vodeni bioti. Pročišćavamo minske otpadne vode iz tih štetnih spojeva pomoću mikroorganizama koji se uzgajaju u našem laboratoriju. U rudnicima stvaramo uvjete tako da je tamo sulfatsko disanje moguće, a sav sulfat uklanja se uz pomoć bakterija. Ova se tehnologija već koristi u praksi u Velikoj Britaniji, SAD-u, Njemačkoj. Sada samo stvaramo biotehnologiju koja može djelovati u klimatskim uvjetima Rusije s niskim prosječnim godišnjim temperaturama , zaključuje stručnjak.
Alfija Enikeeva