این سلولهای تازه کشف شده از دو طریق نفس می کشند

اعضای تیم فرایندی را برای تعیین تدریجی تعیین کردند که چه عناصر و مولکول هایی را که فشار باکتریایی می تواند رشد کند ، انجام دادند. آنها قبلاً می دانستند که می تواند از اکسیژن استفاده کند ، بنابراین ترکیبات دیگری را در آزمایشگاه آزمایش کردند. هنگامی که اکسیژن وجود نداشت ، RSW1 می تواند گاز هیدروژن و گوگرد عناصر را پردازش کند – شیمیایی آن را می توان از یک دریچه آتشفشانی جدا کرد و سولفید هیدروژن را به عنوان یک محصول ایجاد کرد. با این حال ، در حالی که سلول ها در این حالت از نظر فنی زنده بودند ، رشد نکردند یا تکثیر نشدند. آنها انرژی کمی ایجاد می کردند – فقط به اندازه کافی برای زنده ماندن ، چیزی بیشتر. بوید گفت: “این سلول فقط در آنجا نشسته بود و چرخ های خود را می چرخاند بدون اینکه هیچ گونه افزایش متابولیکی یا زیست توده ای از آن به دست آورد.”

سپس تیم اکسیژن را دوباره به ترکیب اضافه کرد. همانطور که انتظار می رفت ، باکتری ها سریعتر رشد کردند. اما ، در کمال تعجب محققان ، RSW1 همچنین هنوز گاز سولفید هیدروژن تولید می کند ، گویی که از نظر بی هوازی تنفس می کند. در حقیقت ، به نظر می رسید که باکتری ها به طور هوازی و بی هوازی به طور همزمان تنفس می کنند و از انرژی هر دو فرآیند بهره می برند. این تنفس مضاعف فراتر از گزارش های قبلی بود: سلول فقط در حضور اکسیژن سولفید تولید نمی کرد بلکه به طور همزمان هر دو فرآیند متناقض را انجام می داد. باکتری ها به سادگی نباید بتوانند این کار را انجام دهند.

بوید گفت: “این ما را از این مسیر” خوب ، واقعاً هک در اینجا می گذرد؟ “

تنفس دو روش

به نظر می رسد RSW1 دارای یک متابولیسم ترکیبی است و یک حالت مبتنی بر گوگرد بی هوازی را همزمان با استفاده از اکسیژن هوازی اجرا می کند.

گفت: “برای اینکه یک ارگانیسم بتواند هر دو متابولیسم را برطرف کند بسیار منحصر به فرد است.” مورالی، میکروبیولوژیست محیط زیست در دانشگاه نوادا ، لاس وگاس ، که درگیر این تحقیق نبود. وی گفت که به طور معمول هنگامی که ارگانیسم های بی هوازی در معرض اکسیژن قرار می گیرند ، مولکول های آسیب دیده به عنوان ترکیبات اکسیژن فعال استرس ایجاد می کنند. “برای این که اتفاق نیفتد واقعاً جالب است.”

در کنار جاده ای بهار حرارتی غربی (سمت چپ) در پارک ملی یلوستون ، محققان یک میکروب غیرمعمول را از بیوفیلم خاکستری به رنگ خاکستری (سمت راست) جدا کردند.

عکس: اریک بوید ؛ مجله Quanta

در کنار جاده ای بهار حرارتی غربی (سمت چپ) در پارک ملی یلوستون ، محققان یک میکروب غیرمعمول را از بیوفیلم خاکستری به رنگ خاکستری (سمت راست) جدا کردند.عکس: اریک بوید ؛ مجله Quanta

تیم بوید مشاهده کرد که باکتری ها هنگام اجرای هر دو متابولیسم به طور همزمان رشد می کنند. این ممکن است در محیط منحصر به فرد خود یک مزیت باشد: اکسیژن به طور مساوی در چشمه های آب گرم مانند مواردی که RSW1 در آن زندگی می کند توزیع نمی شود. در شرایط مداوم در حال تغییر ، جایی که می توانید یک لحظه در اکسیژن غرق شوید ، فقط برای ناپدید شدن آن ، محافظت از شرط بندی های متابولیک فرد ممکن است یک ویژگی بسیار سازگار باشد.

میکروب های دیگر مشاهده شده اند که دو روش به طور همزمان تنفس می کنند: بی هوازی با نیترات و هوازی با اکسیژن. اما این فرآیندها از مسیرهای شیمیایی کاملاً متفاوت استفاده می کنند ، و هنگامی که با هم جفت می شوند ، تمایل دارند هزینه پر انرژی را به میکروب ها ارائه دهند. در مقابل ، متابولیسم ترکیبی گوگرد/اکسیژن RSW1 به جای اینکه آنها را به پایین بکشید ، سلول ها را تقویت می کند.

این نوع تنفس دوگانه ممکن است تاکنون از تشخیص فرار کرده باشد زیرا غیرممکن تلقی می شد. بوید گفت: “شما واقعاً دلیلی برای جستجوی آن ندارید”. علاوه بر این ، اکسیژن و سولفید به سرعت با یکدیگر واکنش نشان می دهند. وی افزود: مگر اینکه به دنبال سولفید به عنوان یک محصول جانبی باشید ، ممکن است آن را کاملاً از دست بدهید.

در حقیقت ، ممکن است که میکروب هایی با متابولیسم های دوگانه گسترده باشند. وی به بسیاری از زیستگاه ها و ارگانیسم هایی که در شیب های تنش بین مناطق غنی از اکسیژن و بدون اکسیژن وجود دارند ، اشاره کرد. یک نمونه در رسوبات غوطه ور است که می تواند باکتری های کابل را در خود جای دهد. این میکروب های دراز خود را به گونه ای گرایش می دهند که یک انتهای بدن آنها می تواند از تنفس هوازی در آب اکسیژن استفاده کند ، در حالی که انتهای دیگر در عمق رسوبهای اکسیژن دفن شده و از تنفس بی هوازی استفاده می کند. باکتری های کابل با جدا کردن فرایند های هوازی و بی هوازی خود ، در تقسیم نامشخص خود شکوفا می شوند. اما به نظر می رسد که RSW1 در حالی که در چشمه ذهنی می چرخد ​​، چند وظیفه ای را انجام می دهد.

هنوز مشخص نیست که چگونه باکتری های RSW1 قادر به محافظت از ماشین آلات بی هوازی خود در برابر اکسیژن هستند. مورالی حدس زد که سلول ها ممکن است ابرقدرتهای شیمیایی را در درون خود ایجاد کنند که می توانند اکسیژن را احاطه کنند ، منزوی و “جدا کنند”.

بوید گفت ، RSW1 و هر میکروبی دیگری که دارای متابولیسم دوگانه هستند ، مدل های جذاب را برای چگونگی تکامل زندگی میکروبی در طول رویداد بزرگ اکسیژن رسانی ایجاد می کنند. وی گفت: “این باید زمان کاملاً آشوب آور برای میکروب های روی کره زمین باشد.” به عنوان یک قطره آهسته اکسیژن که در جو و دریا فیلتر شده است ، هر نوع زندگی که بتواند یک برس گاه به گاه را با گاز جدید و مسموم تحمل کند-یا حتی آن را به نفع پرانرژی خود استفاده کند-ممکن است از این مزیت استفاده کند. در آن زمان انتقال ، ممکن است دو متابولیسم بهتر از یک باشد.

داستان اصلی چاپ شده با اجازه از مجله Quanta، یک انتشار مستقل از نظر ویراستار بنیاد سیمونز مأموریت آنها تقویت درک عمومی از علم با پوشش تحولات پژوهشی و روندهای ریاضیات و علوم جسمی و زندگی است.