Egy yellowstone-i baktérium megszegi az élet szabályait
A sejtlégzés alapjait döntheti meg a különleges baktérium, amely egyszerre lélegzik oxigénnel és kénnel, és segíthet megérteni az élet alkalmazkodóképességét.
A Yellowstone Nemzeti Park egyik forró forrásában kutatók olyan baktériumot fedeztek fel, amely a tudomány eddigi állása szerint lehetetlen módon működik: egyszerre lélegzik oxigénnel és kénnel – írja a Quanta Magazine. Ez a kettős anyagcsere-működés – vagyis az aerob (oxigénes) és az anaerob (oxigénmentes) légzés egyidejű alkalmazása – új megvilágításba helyezi a sejtlégzés biokémiai korlátairól alkotott elképzeléseinket, és közelebb vihet bennünket annak megértéséhez, hogyan alkalmazkodott az élet a Föld légkörének oxigénesedéséhez több milliárd évvel ezelőtt.
Az emberi sejtek oxigént használnak energiafelszabadításra, ez az aerob légzés. A mikrobák azonban, különösen az oxigénmentes környezetben élők – például mélytengeri kürtőkben vagy talajrepedésekben –, más elemekkel is lélegezhetnek, például kénnel vagy nitráttal. Az ilyen anaerob légzés teljesen különböző kémiai utakat használ, és az oxigén mérgező ezek számára, mert roncsolja az érzékeny sejtmolekuláikat.
A Föld légkörének első kétmilliárd évében szinte teljesen hiányzott az oxigén, így az életformák anaerob módon léteztek. A nagy oxigenizációs esemény (körülbelül 2,7 milliárd éve) után, a fotoszintetizáló cianobaktériumok oxigéntermelése révén fokozatosan nőtt az oxigén koncentrációja az óceánokban és a légkörben, ami forradalmasította az anyagcserét, és kialakult az aerob légzés. De hogyan zajlott ez az átmenet a mikrobák szintjén?
Eric Boyd, a Montanai Állami Egyetem mikrobiológusa és kutatócsoportja olyan mikroorganizmusokat vizsgál, amelyek a Föld legszélsőségesebb, kémiailag és hőmérsékletileg ellenséges környezeteiben élnek. A Yellowstone északnyugati részén, a Nymph-tó közelében található forró forrásból izolálták a Hydrogenobacter RSW1 nevű baktériumtörzset, amely meglepő tulajdonságokat mutatott.
Laboratóriumi körülmények között igazolták, hogy oxigén hiányában ez a baktérium hidrogéngázt és elemi ként használ energiatermelésre, és klasszikus anaerob légzés révén hidrogén-szulfidot állít elő. Ám ebben az állapotban a sejtek életben maradtak, de nem szaporodtak. Amikor oxigént adtak a rendszerhez, a sejtek elkezdtek növekedni, de továbbra is termeltek hidrogén-szulfidot, vagyis az anaerob légzés is folytatódott.
Ez ráadásul nem járt energiahátránnyal, hanem fokozta a növekedést, tehát kifejezetten előnyt jelentett. Az RSW1 valószínűleg egyedi anyagcsere-folyamatokat fejlesztett ki, amelyek lehetővé teszik, hogy a két rendszer ne zavarja egymást. Ez különösen hasznos a Yellowstone-féle forró forrásokban, ahol az oxigén jelenléte rendkívül változékony, egyik pillanatban van, a másikban nincs. Az ilyen környezetben a kettős stratégia adaptív előnyt jelenthet.
Az RSW1 különleges anyagcseréje modellként szolgálhat arra, hogyan nézhetett ki az élet az oxigén megjelenésének határán. Azok a mikrobák, amelyek képesek voltak alkalmazkodni az oxigénhez – sőt, hasznot húzni belőle –, valószínűleg evolúciós előnyre tettek szert. Az ilyen kettős anyagcserék segíthetnek megérteni az élet alkalmazkodóképességét, és új távlatokat nyithatnak a mikrobiológiai és biokémiai kutatásokban.
