Entdeckte ein neues Lebewesen, das sich von Elektronen ernährt

Vielleicht überleben solche Bakterien auf dem Mars

Wissenschaftler haben Kohlefaserelektroden (grau) als Köder für Mikroben installiert, die Elektrizität absorbieren (orange). Diese Mikroben wachsen unglaublich langsam, so dass die Elektroden fünf Monate lang unter der Erde bleiben. Foto: Yamini Jangir und Moh El-Naggar

Seit vielen Jahrhunderten glauben Biologen, dass alles Leben auf der Erde in zwei Arten unterteilt ist: Phototrophen und Chemotrophen. Die ersteren erhalten Strom aus Sonnenlicht und die letzteren aus energieintensiven Substanzen in der Umwelt wie Menschen.

Aber kürzlich stellte sich heraus, dass es auf der Erde (möglicherweise auf anderen Planeten) eine dritte Art von Leben gibt, die reinen Strom essen kann.

Die Wissenschaftler waren verblüfft zu erkennen, wie weit verbreitet ein Leben sein konnte, das lange Zeit vor menschlichen Augen verborgen war. Schließlich können diese Mikroorganismen in großen Mengen in mineralreichen Adern tief unter der Erdoberfläche, in ozeanischen Sedimenten unter dem Meeresboden usw. leben.

Im vergangenen Jahr untersuchten japanische Biologen die Tiefsee-Eisenbakterien Acidithiobacillus ferrooxidans , die Eisen zu Eisen (III) oxidieren und von der erhaltenen Energie leben. Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass diese Bakterien nicht unbedingt Eisen benötigen - und es geschafft, sie mit sauberem Strom zu versorgen. Die Japaner konnten jedoch nicht nachweisen, dass das Phänomen der Versorgung von Lebewesen mit reinem Strom in der Natur existiert, obwohl sie einen geoelektrischen Strom in der Nähe von hydrothermalen Quellen nachweisen konnten.

Amerikanische Biophysiker untersuchen seit mehreren Jahren auch das Phänomen der Elektrotrophen in Wildtieren. Zum Beispiel Professor Moh El-Naggar (Moh El-Naggar), zusammen mit Doktoranden Yamini Jahangir (Yamini Jangir) auf der Suche nach solchen exotischen Leben geklettertbis zu einer Tiefe von anderthalb Kilometern einer verlassenen Mine im Black Hills-Gebirge, das sich im südwestlichen Teil von South Dakota befindet. Sie fanden die alten rostigen Rohre, die die Bergleute hinterlassen hatten - und pumpten etwas Wasser für das Experiment ab. Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass in diesem Wasser Bakterien existieren können, die sich von Elektrizität ernähren und Eisen auf die gleiche Weise oxidieren wie im japanischen Experiment.


Der Doktorand Yamini Jangir schöpft Wasser aus einem Rohr in einer verlassenen Mine in einer Tiefe von anderthalb Kilometern. Foto: Connie A. Walter und Matt Kapust

Biophysiker platzierten Elektroden in der extrahierten Wasserprobe und leiteten einen Strom durch sie. Die Probe blieb fünf Monate lang stehen, damit die Mikroben wachsen konnten.

Wissenschaftler werden die Ergebnisse ihrer wissenschaftlichen Arbeit in naher Zukunft veröffentlichen. Sie werden sich zahlreichen Gruppen von Biologen anschließen, die versuchen, Hinweise auf ein natürliches Phänomen zu finden, das als direkter Elektronentransfer bekannt ist .

In den letzten Jahren wurden mehrere Entdeckungen gemacht, die die Theorie bestätigen, dass Bakterien, die Elektrizität essen, auf der Erde verbreitet sind - sie sind viel zahlreicher als irgendjemand gedacht hat. Jüngste Proben vom Meeresboden vor Catalina Island in der Nähe von Kalifornien haben eine Vielzahl von Bakterien entdeckt, die Elektrizität aus Metallen und Mineralien extrahieren.

Jetzt versuchen Wissenschaftler zu verstehen, wie der Stoffwechsel in Bakterien abläuft, die Strom direkt aus der Umwelt produzieren. Japanische Kollegen zeigten, dass hämhaltige Proteine ​​in der Membran am Elektronentransfer aus der Umwelt beteiligt sind. Das heißt, der Strom fließt direkt durch die Membran - ein Prozess, der bisher als unmöglich galt.



Das Netzteil selbst ist nicht überraschend. Menschen und alle anderen lebenden Organismen ernähren sich auf zellulärer Ebene von Elektrizität. Wie der Nobelpreisträger Albert Sainte-Giordi einmal romantisch über dieses Grundprinzip des Lebens sagte: "Das Leben ist nur ein Elektron, das Frieden sucht . " Die Frage ist, wie wir es aus der Umwelt extrahieren.

Professor El-Naggar und andere Gruppen von Wissenschaftlern untersuchen eine neue Art von Organismus namens Lithoautotrophen - Organismen, die anorganische Substanzen zur Energieerzeugung verwenden und in der Lage sind, alle Bestandteile ihrer Zellen aus Kohlendioxid und anderen anorganischen Verbindungen zu synthetisieren. Mit anderen Worten, diese Bakterien extrahieren Energie aus Eisen, Schwefel, Mangan und anderen anorganischen Verbindungen. Unter bestimmten Bedingungen können sie von sauberem Strom leben.

Die Fähigkeit solcher Bakterien, Elektronen in ihrer reinen Form zu absorbieren, ist der sogenannte direkte Elektronentransfer- Ein sehr merkwürdiges Phänomen, weil es gegen die Grundgesetze der Biophysik zu verstoßen scheint. Laut Gesetz wirkt eine dicke Zellmembran als Isolator, Elektronen dürfen nicht durch sie hindurchtreten. "Niemand wollte glauben, dass ein Bakterium ein Elektron aus dem Inneren der Zelle herausnehmen und herausbewegen kann", sagte der Geobiologe Kenneth Nealson in einem Vortrag vor Mitgliedern der Society for Applied Microbiology in London im vergangenen Jahr .

Aber die entdeckten Mikroben sind dazu in der Lage.


Kenneth Nilsons Vortrag

2006 konnten Biologen mithilfe von drei spezialisierten Proteinen erstmals verstehen, wie dieser Mechanismus funktioniert . Sie befinden sich in der Membran und bilden eine leitende Brücke, durch die Elektronen von der Zelle nach außen übertragen werden. Wissenschaftler diskutieren immer noch spezifische Details, aber die Tatsache, dass es einen solchen Mechanismus gibt, wurde bewiesen.

Danach begannen Biologen nach Beweisen zu suchen, dass es einen umgekehrten Elektronentransfer von der äußeren Umgebung in die Zelle gibt. Im Jahr 2009 wurde nachgewiesen, dass das Bakterium Methanococcus maripaludises kann sich an der Elektrode vermehren, aber erst im letzten Jahr wurde der Mechanismus entdeckt, wie es Elektrizität empfängt - es stellte sich heraus, dass das Bakterium dafür ein spezielles Enzym verwendet, das ein Elektron eines Leiters mit einem Proton aus Wasser paart, um ein Wasserstoffatom zu erzeugen, ein unter Bakterien übliches Lebensmittel.



Obwohl dies eine Art „Betrug“ ist, dh kein direkter Elektronentransfer, glauben einige Wissenschaftler, dass andere Bakterien immer noch direkt Elektronen aus der Umwelt extrahieren können, dh es gibt immer noch einen direkten Elektronentransfer.

Biologen glauben, dass die Untersuchung neuer Arten von Bakterien noch in den Kinderschuhen steckt und viele Entdeckungen verspricht. Professor El-Naggar vergleicht moderne Experimente mit den ersten Experimenten in der Neurologie, bei denen Wissenschaftler Elektroden in Frösche steckten, um ihre Muskeln zusammenzuziehen.

Wissenschaftliche Entdeckungen in diesem Bereich können Aufschluss darüber geben, wie das Leben auf der Erde begann. Darüber hinaus erweitern diese Entdeckungen den potenziellen Lebensraum von Mikroorganismen auf anderen Planeten erheblich, wo sich Leben unter der Oberfläche der Planeten verstecken kann.


Marsoberfläche

Solche Mikroben können zum Beispiel unter extremen Bedingungen des Mars überleben, weil auf dem Mars viel Eisen und unterirdische Wasserreservoirs vorhanden sind. Wenn wir ein System zur Extraktion von Elektronen aus Eisen und zum Zugang zu Wasser haben, dann ist dies das notwendigste für den Stoffwechsel solcher Bakterien.

Wenn also bei den nächsten Missionen zum Mars lebende Mikroorganismen entdeckt werden, wird dies Biologen überhaupt nicht überraschen.

Source: https://habr.com/ru/post/de395353/