Jei dėl visuotinio kataklizmo Žemės atmosferoje neliks deguonies, tada vienas iš nedaugelio išlikusių organizmų bus Escherichia coli. Pagrindinis jos koziris yra galimybė kvėpuoti bet kur ir bet kur: paviršiuje, dirvožemyje, žmogaus skrandyje ir nebūtinai deguonimi. Kartu su E. coli planetoje liks keli šimtai senovės būtybių rūšių, galinčių įkvėpti sieros, geležies, urano ir net arseno.
- „Salik.biz“
Apsinuodijęs oras
2010 m. NASA Astrobiologijos skyriaus tyrėja Felisa Wolf-Simon tyrinėdama druskingą Kalifornijos Mono ežerą aptiko neįprastų bakterijų. Jie gyveno vandenyje, kur šarmų koncentracija 80 kartų viršijo atitinkamą rodiklį vandenyne. Mikrobai kvėpavimui naudojo arseną, kuris yra nuodas daugumai gyvų organizmų.
Laboratorijoje radinys, vadinamas „GFAJ-1 paderme“, buvo įpiltas į maistinį tirpalą, kuriame buvo normalus cukraus ir vitaminų kiekis, tačiau jame visiškai nebuvo fosfatų - junginių, kuriuose fosforas patenka iš aplinkos. Vietoj to, mikroorganizmai buvo pasodinti arsenatais (arseno junginiais).
Paaiškėjo, kad aplinkoje, kurioje nėra fosforo, bakterijos ne tik kvėpuoja arseną, bet ir žino, kaip ją įtraukti į DNR ir RNR molekules vietoj fosforo. Cheminėmis savybėmis šie elementai yra panašūs - fermentai ląstelėje gali neskirti fosfato nuo arsenato, ir tai atsitinka gana dažnai. Tiesa, toks pakeitimas paprastai baigiasi bakterijų mirtimi ir petrifikacija, bet ne GFAJ-1 padermės atveju.
„Anaerobiniai mikroorganizmai (tie, kuriems visą gyvenimą nereikia deguonies arba yra mirtini. - Red.) Sugeba sumažinti arseną, naudodamiesi jį kvėpavimu kaip elektronų akceptorių. Taip pat anaerobai sugeba įkvėpti sulfatų, geležies, mangano, urano, seleno, nitratų. Mes kalbame tik apie mikrobus, kurie neturi formalizuoto branduolio - prokariotai, įskaitant bakterijas ir archają. Yra grybų, augančių anaerobiniu būdu, tačiau tai yra retai ir tarp eukariotų (organizmų, turinčių suformuotą branduolį) tai yra išimtis, o ne taisyklė “, - sako Olga Karnachuk, Tomsko valstybinio universiteto Biologinio instituto Augalų fiziologijos ir biotechnologijos katedros vedėja,„ RIA Novosti “.
Kairėje - Felisa Wolf-Simon, atradusi mikroorganizmus, kurie naudoja fosforą kaip ląstelių statybinę medžiagą. Dešinėje - Bakterijų padermė GFAJ-1 maistiniame tirpale, kuriame yra vitaminų, cukraus ir arsenatų.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Senovinis ir atkaklus
Daugiau nei prieš tris milijardus metų pirmieji gyvieji organizmai Žemėje maitinami vandenilio ir sieros molekulėmis.
„Seniausias iš anaerobinių kvėpavimų yra sieros kvėpavimas. Siera, kaip ir molekulinis vandenilis, kilo iš ugnikalnių. Šis metabolizmas buvo naudojamas tada, kai visą gyvenimą sudarė tik bakterijos ir archaja “, - sako Olga Karnachuk.
Atsiradus cianobakterijoms, kurių metabolinis produktas buvo deguonis, žemės atmosferos sudėtis pamažu pradėjo keistis. Maždaug prieš 850–600 milijonų metų ore jau buvo daug O2. Senovės mikroorganizmams tai reiškė katastrofą - deguonis jiems yra toks pat toksiškas, kaip ir chloro dujos žmonėms. Todėl vieni išmirė, kiti (vadinamieji privalomi anaerobai) pabėgo į anoksines vietas - pavyzdžiui, po žeme. Buvo ir tokių, kuriems pavyko prisitaikyti ir išmokti neutralizuoti toksiškas dujas.
Laikui bėgant, kai kurie mikroorganizmai „suprato“: deguonis yra stiprus elektronų akceptorius ir, oksiduodamasis su juo organines molekules, galite gauti daug energijos, reikalingos gyvenimui. Tai reiškia, kad padidėja ląstelės dydis, todėl į ją įdedama daugiau DNR, o struktūra tampa sudėtingesnė - būtent taip yra galimybė tapti daugialąsteline.
Gyvūnai, kurie negali kvėpuoti
„Augalai, gyvūnai, žmonės - visi kvėpuoja deguonimi. Tai yra efektyviausias energijos gavimo būdas, todėl atsiradus aerobiniam kvėpavimui, gyviems organizmams atsivėrė galimybė formuotis aukštesnėms formoms, įskaitant žmones. Anaerobiniai mikrobai taip pat geba vystytis, bet kita linkme. Daugelis iš jų pasirinko dviejų rūšių kvėpavimą. Pavyzdžiui, E. coli (Escherichia coli) kvėpuoja deguonimi, o patekęs į žmogaus organizmą (anaerobinėje aplinkoje) - nitratais. Jei sąlygos yra visiškai blogos, bakterija sugeba visiškai nekvėpuoti, ji klaidžioja - tai visiškai kitoks metabolizmas. Tarp aukštesniųjų formų tokių oportunistų praktiškai nėra “, - pastebi ekspertas.
Tačiau yra viena išimtis - plika molinė žiurkė. Šis žinduolis, gyvenantis požeminiuose urvuose, valandomis kainuoja labai žemą deguonies kiekį ir visiškai be oro truks 18 minučių (palyginimui: žmogaus smegenys miršta vidutiniškai po penkių minučių aplinkoje, kurioje nėra deguonies).
Kai ore mažai O2, plika molinė žiurkė pereina prie anaerobinio fruktozės skilimo - dėl to, kad GLUT5 kanalai, atsakingi už fruktozės išsiskyrimą į kraują, yra sintetinami skirtinguose audiniuose. Kituose žinduoliuose jie gaminami tik žarnyne.
Nuoga molinė žiurkė - vienintelis žinduolis, galintis anaerobiškai suskaidyti fruktozę.
Norėdami padėti žmogui
„Žemėje yra daugybė organizmų, kurie gali išsiversti be deguonies, nes lengvai kuriamos anaerobinės sąlygos - pavyzdžiui, gėlių vazonėlyje, komposto krūvoje ar pakrančių nuosėdose, net mūsų pačių kūne“, - tęsia tyrėjas.
Kai kurie anaerobai šaudydami ar mušdami sukelia sunkią infekciją, dauguma jų yra naudingi žmonėms. Pavyzdžiui, Kalifornijos universiteto San Diege mokslininkai išmokė bakterijas Salmonella enterica sunaikinti vėžio auglius: kai kurios salmonelės susintetino toksiną, kuris padaro skylutes vėžio ląstelių membranose, antrasis - specialų baltymą, kuris aktyvina imuninę sistemą, o dar kiti pagamino molekulę, kuri suaktyvina savęs sunaikinimo programą vėžio ląstelėse.
Metanogeninės archajos yra naudojamos gaminant biodujas iš įprastų buitinių atliekų, o sulfatus redukuojančios grupės gali išvalyti nuotekas nuo užteršimo.
„Šiandien daug kasyklų uždaromos dėl didelės sulfato koncentracijos. Kasant anglis, susidaro didelis kiekis nuotekų, kurios išgryninus patenka į upes. Nepašalinus sulfatų, žiemą žuvys ir kita vandens biota gali būti užmušta. Kasyklų nuotekas išvalome nuo šių kenksmingų junginių naudodami mūsų laboratorijoje užaugintus mikroorganizmus. Kasyklose sudarome sąlygas, kad ten būtų galima kvėpuoti sulfatais, o visas sulfatas pašalinamas bakterijų pagalba. Ši technologija jau naudojama praktikoje JK, JAV, Vokietijoje. Mes tik kuriame biotechnologijas, kurios galėtų veikti Rusijos klimato sąlygomis, esant žemai vidutinei metinei temperatūrai “, - reziumuoja ekspertas.
Alfiya Enikeeva