Nova publikacija naučnika sa Državnog univerziteta Montana produbljuje postojeće znanje o drevnom obliku života i kako on danas nastavlja jedinstvene ekološke procese. Rad pod naslovom „Metanogeni stiču i bioakumuliraju nikl tokom redukcionog rastvaranja niklovog pirita“, objavljen je 13. oktobra u Primenjenoj mikrobiologiji i zaštiti životne sredine.
Autori publikacije su profesor Erik Bojd, bivši postdoktorski istraživač Rachel Spietz i sadašnji postdoktorski istraživač Devon Paine. Bojdova laboratorija je smeštena u Odeljenju za mikrobiologiju i biologiju ćelije na Poljoprivrednom koledžu MSU.
Ključni element Bojdovog istraživanja bilo je istraživanje mikroorganizama zvanih metanogeni, koji su drevni oblici života koji i danas postoje. Metanogeni su jedinstveni jer ne koriste sunčevu svetlost za pokretanje svog metabolizma kao većina organizama, a trovani su kiseonikom. Umesto toga, njihov metabolizam koristi hemikalije iz njihovog okruženja, često razgrađujući stene i minerale da bi to učinili. Tokom procesa, ćelije proizvode metan, poznat i kao prirodni gas.
Određivanje tačno kako metanogeni to rade moglo bi da odgovori na pitanja koja sežu više od 3 milijarde godina unazad, rekao je Bojd.
„Rana Zemlja nije imala kiseonik, a atmosfera je u to vreme sadržala mnogo više metana i vodonika“, rekao je Bojd. „To je uglavnom zbog ovih metanogena koji reaguju vodonik sa ugljen-dioksidom da bi napravili metan. I odjednom, iz razloga koji nisu jasni, metan je počeo da se smanjuje, a kiseonik počeo da raste. To je bilo pre oko 2,4 milijarde godina. Dakle, , Šta se desilo?“
Bojdov novi rad istražuje specifičnu vrstu metanogena koji može da izoluje i bioakumulira nikl iz okoline, koristeći minerale kao izvor hranljivih materija za podršku rastu. Ovi nalazi pomažu da se napravi razlika između dve konkurentske hipoteze o smanjenju atmosferskog metana pre milijardi godina, što je verovatno bilo uzrokovano smanjenjem populacije metanogena.
Jedna hipoteza, rekao je Bojd, je da su promene uslova životne sredine dovele do veće konkurencije između metanogena i drugih organizama za resurse životne sredine, uzrokujući pad populacije metanogena. Druga teorija sugeriše da su promene u vulkanskim obrascima na ranoj Zemlji dovele do smanjenja dostupnog nikla, što je dovelo do toga da metanogeni gladuju za ovim esencijalnim elementom.
Međutim, istraživanje sadržano u novom radu otkrilo je da je metanogenima zavisnim od nikla potrebno mnogo manje nikla da prežive nego što se ranije mislilo. Njihova sposobnost da akumuliraju nikl u sebi omogućava preživljavanje čak i kada je nikal oskudan.
Da bi napravio ova zapažanja, Bojdov istraživački tim je uzgajao metanogene u sredinama sa različitim količinama nikla, posmatrajući kako su reagovali na različite uslove. Mereći koliko metana proizvode mikrobi, mogli su da procene koliko dobro metanogeni rastu i preživljavaju. Koristeći različite spektroskopske tehnike, tim je mogao da identifikuje koliko nikla su ćelije uskladištene.
Bojd je proučavao metanogene skoro 20 godina, za koju se zainteresovao tokom doktorskih studija na MSU. Veći deo tog vremena njegov rad je bio podržan sredstvima NASA-e.
„Kada je nastao život, nije bilo fotosinteze. Sve je bila energija zasnovana na mineralima koja je podržavala život“, rekao je on. „I odjednom smo naišli na ovo otkriće, koje u suštini znači da mikrobi uzimaju minerale i redukuju ih na način koji nije trebalo da bude moguć. Većinu vremena, mineral se oksiduje i stvara kiselu drenažu rudnika, ali ovo proces to ne čini.“
Bolje razumevanje procesa „biominiranja“ moglo bi omogućiti ljudima da razviju rudarske tehnologije koje imaju manji uticaj na životnu sredinu, rekao je Bojd. Nalazi u novom radu predstavljaju još jedan naučni korak ka toj mogućnosti.
„Postoje tri elementa ovog dokumenta za koje mislim da su zaista posebna“, rekao je Bojd. „Jedna je da pokazujemo da ćelije mogu da nabavljaju nikl iz minerala, što ranije nije pokazano. Druga je da mogu da ga nabave u ekstremno niskim koncentracijama. Ne treba im mnogo, a to se kosi sa konvencionalnim mišljenjem. Treće je da ga akumuliraju, i to ima smisla. Ako postoji nešto od čega ste veoma zavisni, a ove bube toliko zavise od nikla, da su pronašle neki način da osiguraju da imaju dovoljno od toga za budućnost.“
Dok su naučni koncepti i istraživački proces izuzetno složeni, Bojd je rekao da su veće implikacije rada prilično jednostavne, direktno se vezujući za bezvremenska pitanja kako je Zemlja došla do nastanjivog okruženja za druge oblike života i na kraju ljude. Kao što je često slučaj sa istraživanjem porekla života, nova dostignuća otvaraju nova pitanja, što dovodi do kontinuiranog istraživanja.
„Razumevanje šta god da je odvelo taj prelaz od atmosfere metana je kritično“, rekao je on. „Da se to prelazno stanje nije dogodilo, vi i ja ne bismo bili ovde da razgovaramo o tome, jer nam je potreban taj kiseonik u atmosferi. U izvesnom smislu, razumevanje prošlosti životne sredine i kako se to promenilo i omogućilo evoluciju složen život je centralan, ne samo za razumevanje kako smo došli ovde, već i kuda idemo.“
