Dacă, ca urmare a unui cataclism global, nu mai rămâne oxigen în atmosfera Pământului, atunci unul dintre puținele organisme supraviețuitoare va fi Escherichia coli. Tromboul său principal este capacitatea de a respira orice și oriunde: la suprafață, în sol, în stomacul uman și nu neapărat cu oxigen. Împreună cu E. coli, mai multe sute de specii de creaturi străvechi vor rămâne pe planetă, capabile să respire sulf, fier, uraniu și chiar arsenic.
Aer otrăvit
În 2010, Felisa Wolf-Simon, cercetător la Departamentul de Astrobiologie al NASA, în timp ce studia Lacul Mono din California sărat, a descoperit bacterii neobișnuite. Au trăit în apă, unde concentrația de alcaline a depășit de 80 de ori indicatorul corespunzător din ocean. Microbii foloseau arsenic pentru respirație, o otravă pentru majoritatea organismelor vii.
În laborator, descoperirea, numită „tulpina GFAJ-1”, a fost plasată într-o soluție nutritivă cu un conținut normal de zaharuri și vitamine, dar complet lipsită de fosfați - compuși în care fosforul provine din mediu. În schimb, microorganismele au fost plantate cu arsenate (compuși de arsen).
S-a dovedit că, într-un mediu fără fosfor, bacteriile nu numai că respiră arsenic, dar știu să o includă și în molecule de ADN și ARN în loc de fosfor. În ceea ce privește proprietățile chimice, aceste elemente sunt similare - enzimele din celulă pot să nu distingă fosfatul de arsenat, iar acest lucru se întâmplă destul de des. Adevărat, o astfel de substituție se termină de obicei cu moartea și petrificarea bacteriilor, dar nu în cazul tulpinii GFAJ-1.
„Microorganismele anaerobe (cele care nu au nevoie de oxigen pentru viață sau sunt mortale. Ed.) Sunt capabile să reducă arsenul, folosindu-l în respirație ca acceptor de electroni. De asemenea, anaerobii sunt capabili să respire sulfați, fier, mangan, uraniu, seleniu, nitrați. Vorbim doar de microbi care nu au un nucleu formalizat - procariote, inclusiv bacterii și arhaea. Există ciuperci care cresc anaerob, dar acest lucru este rar, iar printre eucariote (organisme cu nucleu format) aceasta este excepția, mai degrabă decât regula”, spune Olga Karnachuk, șeful Departamentului de Fiziologie a Plantelor și Biotehnologiei de la Institutul Biologic al Universității de Stat din Tomsk.
În stânga - Felisa Wolf-Simon, care a descoperit microorganisme care folosesc fosforul ca material de construcție pentru celule. În dreapta - bacteriile încordează GFAJ-1 într-o soluție nutritivă care conține vitamine, zaharuri și arsenate.
Video promotional:
Antic și tenace
În urmă cu mai bine de trei miliarde de ani, primele organisme vii de pe Pământ s-au hrănit cu molecule de hidrogen și sulf.
„Cea mai veche dintre respirațiile anaerobe este suflarea sulfuroasă. Sulful, ca și hidrogenul molecular, provine de la vulcani. Acest tip de metabolism a fost utilizat atunci când toată viața constă numai din bacterii și arhaea”, spune Olga Karnachuk.
Odată cu apariția cianobacteriilor, al căror produs metabolic era oxigenul, compoziția atmosferei terestre a început să se schimbe treptat. Cu aproximativ 850-600 de milioane de ani în urmă, existau deja multă O2 în aer. Pentru microorganismele antice, acest lucru a însemnat un dezastru - oxigenul este la fel de toxic pentru ei, precum gazul de clor pentru oameni. Prin urmare, unii au murit, alții (așa-numitele anaerobe obligate) au fugit în locuri anoxice - de exemplu, în subteran. Au fost și cei care au reușit să se adapteze și au învățat să neutralizeze gazele toxice.
De-a lungul timpului, unele microorganisme „au înțeles”: oxigenul este un acceptor puternic de electroni și oxidând moleculele organice cu acesta, puteți obține multă energie necesară vieții. Acest lucru înseamnă că dimensiunea celulei crește, prin urmare, este plasat mai mult ADN în ea, iar structura devine mai complexă - așa este șansa de a deveni multicelulare.
Animale care nu pot respira
„Plante, animale, oameni - toată lumea respiră oxigen. Acesta este cel mai eficient mod de a obține energie, prin urmare, atunci când a apărut respirația aerobă, perspectiva sa deschis organismelor vii să formeze forme superioare, inclusiv oameni. Microbii anaerobe sunt de asemenea capabili să evolueze, dar într-o direcție diferită. Mulți dintre ei au luat calea combinării celor două tipuri de respirație. De exemplu, E. coli (Escherichia coli) respiră oxigen, iar când intră în corpul uman (într-un mediu anaerob) - nitrații. Dacă condițiile sunt complet rele, bacteria nu este capabilă să respire deloc, rătăcește - acesta este un tip de metabolism complet diferit. Practic nu există astfel de oportuniști printre formele superioare”, notează expertul.
Cu toate acestea, există o excepție - șobolanul aluniță goală. Acest mamifer, care trăiește în cremele subterane, costă ore întregi un nivel foarte scăzut de oxigen și complet fără aer va dura până la 18 minute (pentru comparație: moartea creierului uman are loc, în medie, după cinci minute într-un mediu fără oxigen).
Când există puțină O2 în aer, șobolanul aluniță goală trece la descompunerea anaerobă a fructozei - datorită faptului că canalele GLUT5, care sunt responsabile pentru eliberarea fructozei în sânge, sunt sintetizate în diferite țesuturi. La alte mamifere, acestea sunt produse numai în intestine.
Șobolan aluniță dezbrăcat - singurul mamifer capabil de descompunerea anaerobă a fructozei.
Pentru a ajuta o persoană
„Există o mulțime de organisme pe Pământ care se pot descurca fără oxigen, deoarece condițiile anaerobe sunt ușor create - de exemplu, într-un ghiveci de flori, grămadă de compost sau sediment de coastă, chiar și în propriul corp”, continuă cercetătorul.
În timp ce unele anaerobe provoacă infecții grave atunci când sunt împușcate sau înjunghiate, cei mai mulți beneficiază oamenii. De exemplu, oamenii de știință de la Universitatea din California din San Diego au învățat bacteriile Salmonella enterica să distrugă tumorile canceroase: unele salmonella au sintetizat o toxină care face găuri în membranele celulelor canceroase, a doua o proteină specială care activează sistemul imunitar, iar altele au produs o moleculă care declanșează un program de autodistrugere în celulele canceroase.
Arhaea metanogenă este folosită la producerea de biogaz din deșeurile obișnuite, iar grupurile de reducere a sulfatului sunt capabile să purifice apele uzate de contaminare.
„Astăzi, multe mine sunt închise din cauza concentrației mari de sulfat. La extragerea cărbunelui, se generează o cantitate mare de ape uzate, care, după purificare, se varsă în râuri. Dacă nu se elimină sulfații, peștele și alte biote acvatice pot fi ucise iarna. Purificăm apele uzate din aceste substanțe nocive folosind microorganisme cultivate în laboratorul nostru. Creăm condiții în mine, astfel încât respirația sulfatului să fie posibilă acolo și să se elimine tot sulfatul cu ajutorul bacteriilor. Această tehnologie este deja folosită în practică în Marea Britanie, SUA, Germania. Creăm acum biotehnologie care poate funcționa în condițiile climatice ale Rusiei, cu temperaturi medii anuale mici”, concluzionează expertul.
Alfiya Enikeeva
