اكتشف مخلوق حي جديد يتغذى على الإلكترونات

ربما ستبقى مثل هذه البكتيريا على كوكب المريخ

قام العلماء بتركيب أقطاب من ألياف الكربون (الرمادي) كطعم للميكروبات التي تمتص الكهرباء (البرتقالي). تنمو هذه الميكروبات ببطء شديد ، لذا تُترك الأقطاب الكهربائية تحت الأرض لمدة خمسة أشهر. الصورة: Yamini Jangir و Moh Al-Naggar ظل

علماء الأحياء لقرون عديدة يعتقدون أن جميع أشكال الحياة على الأرض تنقسم إلى نوعين: الخلايا الضوئية والكيميائية. يستقبل الأول الكهرباء من ضوء الشمس ، والأخير من مواد كثيفة الطاقة في البيئة ، مثل الناس.

ولكن اتضح مؤخرًا أنه على الأرض (ربما على الكواكب الأخرى) ، هناك نوع ثالث من الحياة يمكنه تناول الكهرباء النقية.

ذهل العلماء لإدراك مدى انتشار الحياة التي كانت مخبأة عن أعين الإنسان لفترة طويلة. بعد كل شيء ، هذه الكائنات الحية الدقيقة قادرة على العيش بكميات ضخمة في الأوردة الغنية بالمعادن في عمق سطح الأرض ، في الرواسب المحيطية تحت قاع البحر ، إلخ.

في العام الماضي ، درس علماء الأحياء اليابانيون بكتيريا الحديد في أعماق البحر Acidithiobacillus ferrooxidans ، والتي تؤكسد الحديد الحديدية إلى الحديد الحديدي وتعيش على الطاقة المستلمة. اقترح العلماء أن هذه البكتيريا لا تحتاج بالضرورة إلى الحديد - وتمكنت من إطعامهم كهرباء نظيفة. لكن اليابانيين فشلوا في إثبات أن ظاهرة إمداد الكائنات الحية بالكهرباء النقية موجودة في الطبيعة ، على الرغم من أنهم كانوا قادرين على اكتشاف تيار جيوكهربائي بالقرب من المصادر الحرارية المائية.

يدرس علماء الفيزياء الحيوية الأمريكيون أيضًا ظاهرة الكهربية في الحياة البرية منذ عدة سنوات. على سبيل المثال، أستاذ موه النجار (موه النجار)، جنبا إلى جنب مع طلاب الدراسات العليا ياميني جهانجير (ياميني Jangir) بحثا عن هذه الحياة الغريبة وارتفعإلى عمق كيلومتر ونصف من منجم مهجور في سلسلة جبال بلاك هيلز ، التي تقع في الجزء الجنوبي الغربي من داكوتا الجنوبية. وجدوا الأنابيب القديمة الصدئة التي تركها عمال المناجم - وضخوا بعض الماء للتجربة. اقترح العلماء أن البكتيريا يمكن أن توجد في هذه المياه التي تتغذى على الكهرباء ، مما يؤدي إلى أكسدة الحديد بنفس الطريقة التي كان عليها في التجربة اليابانية.


طالب الدراسات العليا ياميني جانجير يسحب الماء من أنبوب في منجم مهجور على عمق كيلومتر ونصف. الصورة: قام كوني أ. والتر ومات كابوست فيزيائيون حيويون

بوضع أقطاب كهربائية في عينة المياه المستخرجة وتمرير التيار عبرها ، تاركين العينة لمدة خمسة أشهر للسماح للميكروبات بالنمو.

سينشر العلماء نتائج أعمالهم العلمية في المستقبل القريب. سوف ينضمون إلى مجموعات عديدة من علماء الأحياء الذين يحاولون العثور على دليل على ظاهرة طبيعية تعرف باسم النقل الإلكتروني المباشر .

في السنوات الأخيرة ، تم إجراء العديد من الاكتشافات التي تؤكد النظرية القائلة بأن البكتيريا التي تأكل الكهرباء شائعة على الأرض - فهي أكثر بكثير مما يتصور أي شخص. كشفت عينات حديثة من قاع البحر قبالة جزيرة كاتالينا بالقرب من كاليفورنيا عن مجموعة واسعة من البكتيريا التي تستخرج الكهرباء من المعادن والمعادن.

يحاول العلماء الآن فهم كيفية حدوث التمثيل الغذائي في البكتيريا التي تنتج الكهرباء مباشرة من البيئة. أظهر الزملاء اليابانيون أن البروتينات المحتوية على الهيم في الغشاء تشارك في نقل الإلكترون من البيئة. أي أن التيار يمر مباشرة عبر الغشاء - وهي عملية كانت تعتبر مستحيلًا في السابق.



لا يوجد شيء مفاجئ في مصدر الطاقة نفسه. يتغذى الناس وجميع الكائنات الحية الأخرى على الكهرباء على المستوى الخلوي. وكما قال ألبرت سانت جيوردي الحائز على جائزة نوبل ذات يوم عاطفيا عن هذا المبدأ الأساسي للحياة ، "إن الحياة مجرد إلكترون يبحث عن السلام" . السؤال هو كيف نستخلصه من البيئة.

يدرس البروفيسور النجار ومجموعات أخرى من العلماء نوعًا جديدًا من الكائنات الحية يسمى المغذيات الصخرية - وهي الكائنات التي تستخدم المواد غير العضوية لتوليد الطاقة وقادرة على تجميع جميع مكونات خلاياها من ثاني أكسيد الكربون والمركبات غير العضوية الأخرى. وبعبارة أخرى ، تستخرج هذه البكتيريا الطاقة من الحديد والكبريت والمنغنيز والمركبات غير العضوية الأخرى. في ظل ظروف معينة ، يمكنهم العيش على كهرباء نظيفة.

إن قدرة هذه البكتيريا على امتصاص الإلكترونات في شكلها النقي هي ما يسمى النقل المباشر للإلكترون- ظاهرة غريبة للغاية ، لأنه يبدو أنها تنتهك القوانين الأساسية للفيزياء الحيوية. بموجب القانون ، يعمل غشاء الخلية السميك كعزل ؛ ويجب ألا تمر الإلكترونات عبره. قال عالم الجيولوجيا كينيث نيلسون في محاضرة العام الماضي لأعضاء جمعية علم الأحياء الدقيقة التطبيقية في لندن: "لم يرغب أحد في الاعتقاد بأن البكتيريا يمكن أن تأخذ إلكترونًا من داخل الخلية وإخراجها" .

لكن الميكروبات المكتشفة قادرة على ذلك.


محاضرة كينيث نيلسون في

عام 2006 ، تمكن علماء الأحياء أولاً من فهم كيفية عمل هذه الآلية بمساعدة ثلاثة بروتينات متخصصة . وهي تقع في الغشاء وتشكل جسراً موصلاً يتم من خلاله نقل الإلكترونات من الخلية إلى الخارج. ومع ذلك ، لا يزال العلماء يواصلون مناقشة تفاصيل محددة ، ولكن تم إثبات حقيقة وجود مثل هذه الآلية.

بعد ذلك ، بدأ علماء الأحياء في البحث عن أدلة على وجود تحويل عكسي للإلكترونات من البيئة الخارجية إلى الخلية. في عام 2009 ، ثبت أن بكتيريا Methanococcus maripaludisيمكن أن تتكاثر على القطب ، ولكن في العام الماضي فقط تم اكتشاف الآلية كيف تحصل على الكهرباء - وتبين لهذا أن البكتيريا تستخدم إنزيمًا خاصًا يربط إلكترونًا من موصل مع بروتون من الماء لإنشاء ذرة هيدروجين ، وهو طعام شائع بين البكتيريا.



على الرغم من أن هذا نوع من "الغش" ، إلا أنه ليس نقلًا مباشرًا للإلكترون ، ولكن يعتقد بعض العلماء أن البكتيريا الأخرى لا تزال قادرة على استخراج الإلكترونات مباشرة من البيئة ، أي أن النقل المباشر للإلكترون لا يزال موجودًا.

يعتقد علماء الأحياء أن دراسة أنواع جديدة من البكتيريا لا تزال في مهدها وتعِد بالكثير من الاكتشافات. يقارن البروفيسور النجار التجارب الحديثة مع التجارب الأولى في علم الأعصاب ، عندما قام العلماء بدس الأقطاب الكهربائية في الضفادع لجعل عضلاتهم تنقبض.

يمكن للاكتشافات العلمية في هذه المنطقة أن تلقي الضوء على كيفية بدء الحياة على الأرض. علاوة على ذلك ، توسع هذه الاكتشافات بشكل كبير الموائل المحتملة للكائنات الحية الدقيقة على الكواكب الأخرى ، حيث يمكن أن تختبئ الحياة تحت سطح الكواكب.


سطح المريخ

يمكن أن تعيش هذه الميكروبات ، على سبيل المثال ، في الظروف القاسية للمريخ ، لأنه يوجد على سطح المريخ الكثير من الحديد وهناك خزانات للمياه الجوفية. إذا كان لدينا نظام لاستخراج الإلكترونات من الحديد والحصول على الماء ، فهذا هو الأكثر ضرورة لعملية التمثيل الغذائي لهذه البكتيريا.

لذلك إذا تم اكتشاف الكائنات الحية الدقيقة الحية خلال المهام القادمة إلى المريخ ، فإن هذا لن يفاجئ علماء الأحياء على الإطلاق.

Source: https://habr.com/ru/post/ar395353/