Menemukan makhluk hidup baru yang memakan elektron

Mungkin bakteri seperti itu akan bertahan hidup di Mars

Para ilmuwan telah memasang elektroda serat karbon (abu-abu) sebagai umpan untuk mikroba yang menyerap listrik (oranye). Mikroba ini tumbuh sangat lambat, sehingga elektroda dibiarkan di bawah tanah selama lima bulan. Foto: Yamini Jangir dan Moh El-Naggar

Selama berabad-abad, para ahli biologi meyakini bahwa semua kehidupan di Bumi terbagi menjadi dua jenis: phototrophs dan chemotrophs. Yang pertama menerima listrik dari sinar matahari, dan yang terakhir dari zat yang intensif energi di lingkungan, seperti orang.

Namun baru-baru ini ternyata di Bumi (mungkin di planet lain) ada jenis kehidupan ketiga yang dapat memakan listrik murni.

Para ilmuwan terpana menyadari betapa meluasnya kehidupan yang telah disembunyikan dari mata manusia sejak lama. Lagi pula, mikroorganisme ini dapat hidup dalam jumlah besar dalam vena yang kaya mineral jauh di bawah permukaan bumi, dalam sedimen samudera di bawah dasar laut, dll.

Tahun lalu, ahli biologi Jepang mempelajari bakteri besi laut dalam, Acidithiobacillus ferrooxidans , yang mengoksidasi besi besi menjadi besi besi dan menghidupi energi yang diterima. Para ilmuwan telah menyarankan bahwa bakteri ini tidak perlu zat besi - dan berhasil memberi makan mereka listrik yang bersih. Tetapi Jepang gagal membuktikan bahwa fenomena penyediaan makhluk hidup dengan listrik murni ada di alam, meskipun mereka dapat mendeteksi arus geolistrik di dekat sumber hidrotermal.

Ahli biofisika Amerika juga telah mempelajari fenomena electrotroph pada satwa liar selama beberapa tahun. Misalnya, Profesor Moh El-Naggar (Moh El-Naggar), bersama dengan mahasiswa pascasarjana Yamini Jahangir (Yamini Jangir) dalam mencari kehidupan eksotis seperti naikke kedalaman satu setengah kilometer dari tambang yang ditinggalkan di pegunungan Black Hills, yang terletak di bagian barat daya South Dakota. Mereka menemukan pipa berkarat tua yang ditinggalkan para penambang - dan memompa air untuk percobaan. Para ilmuwan telah menyarankan bahwa bakteri dapat ada dalam air ini yang memakan listrik, mengoksidasi besi dengan cara yang sama seperti yang terjadi pada percobaan Jepang.


Mahasiswa pascasarjana Yamini Jangir mengambil air dari pipa di tambang yang ditinggalkan pada kedalaman satu setengah kilometer. Foto: Connie A. Walter dan Matt Kapust Ahli

biofisika menempatkan elektroda dalam sampel air yang diekstraksi dan melewati arus melalui mereka, meninggalkan sampel selama lima bulan untuk memungkinkan mikroba tumbuh.

Para ilmuwan akan mempublikasikan hasil karya ilmiah mereka dalam waktu dekat. Mereka akan bergabung dengan banyak kelompok ahli biologi yang berusaha menemukan bukti dari fenomena alam yang dikenal sebagai transfer elektron langsung .

Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa penemuan telah dibuat untuk mengonfirmasi teori bahwa bakteri yang memakan listrik adalah hal yang umum di Bumi - jumlahnya jauh lebih banyak daripada yang dibayangkan oleh siapa pun. Sampel baru-baru ini dari dasar laut Pulau Catalina dekat California telah mengungkapkan berbagai macam bakteri yang mengekstrak listrik dari logam dan mineral.

Sekarang para ilmuwan berusaha memahami bagaimana metabolisme terjadi pada bakteri yang menghasilkan listrik langsung dari lingkungan. Rekan Jepang menunjukkan bahwa protein yang mengandung heme dalam membran terlibat dalam transfer elektron dari lingkungan. Artinya, arus melewati langsung melalui membran - suatu proses yang sebelumnya dianggap mustahil.



Tidak ada yang mengejutkan dalam catu daya itu sendiri. Orang-orang dan semua organisme hidup lainnya memakan listrik di tingkat sel. Seperti yang pernah dikatakan oleh pemenang Hadiah Nobel, Albert Sainte-Giordi tentang prinsip dasar kehidupan ini, "hidup hanyalah sebuah elektron yang mencari kedamaian . " Pertanyaannya adalah bagaimana kita mengekstraknya dari lingkungan.

Profesor El-Naggar dan kelompok ilmuwan lain sedang mempelajari jenis organisme baru yang disebut lithoautotrophs - organisme yang menggunakan zat anorganik untuk menghasilkan energi dan mampu mensintesis semua komponen sel mereka dari karbon dioksida dan senyawa anorganik lainnya. Dengan kata lain, bakteri ini mengekstrak energi dari besi, belerang, mangan, dan senyawa anorganik lainnya. Dalam kondisi tertentu, mereka dapat hidup dengan listrik yang bersih.

Kemampuan bakteri tersebut untuk menyerap elektron dalam bentuk murni adalah apa yang disebut transfer elektron langsung- Fenomena yang sangat aneh, karena tampaknya melanggar hukum dasar biofisika. Secara hukum, selaput sel tebal bertindak sebagai isolator, elektron tidak boleh melewatinya. "Tidak ada yang ingin percaya bahwa bakteri dapat mengambil elektron dari dalam sel dan memindahkannya," kata ahli geobiologi Kenneth Nealson dalam sebuah ceramah tahun lalu kepada anggota Society for Applied Microbiology di London.

Tetapi mikroba yang ditemukan mampu melakukannya.


Kuliah Kenneth Nilson

Pada tahun 2006, para ahli biologi pertama kali dapat memahami bagaimana mekanisme ini bekerja dengan bantuan tiga protein khusus . Mereka terletak di membran dan membentuk jembatan konduktif di mana elektron ditransfer dari sel ke luar. Namun, para ilmuwan masih terus membahas rincian spesifik, tetapi fakta keberadaan mekanisme semacam itu telah terbukti.

Setelah itu, ahli biologi mulai mencari bukti bahwa ada transfer elektron terbalik dari lingkungan eksternal ke dalam sel. Pada 2009, terbukti bahwa bakteri Methanococcus maripaludisitu dapat berkembang biak di elektroda, tetapi hanya tahun lalu mekanisme ditemukan bagaimana ia menerima listrik - ternyata bakteri menggunakan enzim khusus yang memasangkan elektron dari konduktor dengan proton dari air untuk membuat atom hidrogen, makanan umum di antara bakteri.



Meskipun ini adalah semacam "kecurangan", yaitu, bukan transfer elektron langsung, tetapi beberapa ilmuwan percaya bahwa bakteri lain masih dapat secara langsung mengekstraksi elektron dari lingkungan, yaitu transfer elektron langsung masih ada.

Ahli biologi percaya bahwa studi tentang jenis bakteri baru masih dalam masa pertumbuhan dan menjanjikan banyak penemuan. Profesor El-Naggar membandingkan eksperimen modern dengan eksperimen pertama dalam neurologi, ketika para ilmuwan menyodok katak pada elektroda untuk membuat otot mereka berkontraksi.

Penemuan ilmiah di bidang ini dapat menjelaskan bagaimana kehidupan dimulai di Bumi. Selain itu, penemuan ini secara signifikan memperluas habitat potensial mikroorganisme di planet lain, di mana kehidupan dapat bersembunyi di bawah permukaan planet.


Permukaan Mars

Mikroba semacam itu dapat bertahan hidup, misalnya, dalam kondisi ekstrim Mars, karena di Mars ada banyak zat besi dan ada reservoir air bawah tanah. Jika kita memiliki sistem untuk mengekstraksi elektron dari besi dan akses ke air, maka ini yang paling diperlukan untuk metabolisme bakteri tersebut.

Jadi jika mikroorganisme hidup ditemukan selama misi berikutnya ke Mars, ini tidak akan mengejutkan para ahli biologi sama sekali.

Source: https://habr.com/ru/post/id395353/