Ak v dôsledku globálnej kataklyzmy nezostane v zemskej atmosfére kyslík, jedným z mála prežívajúcich organizmov bude Escherichia coli. Jeho hlavná tromfová karta je schopnosť dýchať čokoľvek a kdekoľvek: na povrchu, v pôde, v ľudskom žalúdku, a nie nevyhnutne pomocou kyslíka. Spolu s E. coli zostane na planéte niekoľko stoviek starovekých tvorov schopných dýchať síru, železo, urán a dokonca aj arzén.
Jedovatý vzduch
V roku 2010 Felisa Wolf-Simon, výskumníčka na astrobiologickom oddelení NASA, pri štúdiu slaného kalifornského Mono Lake objavila neobvyklé baktérie. Bývali vo vode, kde koncentrácia alkálií prekročila 80-násobok zodpovedajúceho ukazovateľa v oceáne. Mikróby používali arzén na dýchanie, jed pre väčšinu živých organizmov.
V laboratóriu bol nález, nazývaný „kmeň GFAJ-1“, umiestnený do výživného roztoku s normálnym obsahom cukrov a vitamínov, ale úplne neobsahoval fosfáty - zlúčeniny, z ktorých fosfor pochádza z prostredia. Namiesto toho boli mikroorganizmy vysadené arzeničitanmi (zlúčeniny arzénu).
Ukázalo sa, že v prostredí bez fosforu baktérie nielen dýchajú arzén, ale tiež vedia, ako ich včleniť do molekúl DNA a RNA namiesto fosforu. Pokiaľ ide o chemické vlastnosti, tieto prvky sú podobné - enzýmy v bunke nemusia rozlišovať fosfát od arzenátu, a to sa stáva často. Je pravda, že takáto substitúcia obvykle končí smrťou a skamenením baktérií, ale nie v prípade kmeňa GFAJ-1.
„Anaeróbne mikroorganizmy (tie, ktoré na život nepotrebujú kyslík alebo sú smrtiace. - pribl. Vyd.) Sú schopné redukovať arzén pomocou dýchania ako akceptor elektrónov. Tiež môžu anaeróby dýchať sírany, železo, mangán, urán, selén, dusičnany. Hovoríme iba o mikróboch, ktoré nemajú formalizované jadro - prokaryoty vrátane baktérií a archaea. Rastú anaeróbne huby, ale toto je zriedkavé a medzi eukaryotmi (organizmy s vytvoreným jadrom) je to skôr výnimka ako pravidlo, “hovorí Ria Novosti Olga Karnachuk, vedúca Katedry fyziológie a biotechnológií rastlín na Biologickom ústave Tomskovej štátnej univerzity.
Vľavo - Felisa Wolf-Simon, ktorá objavila mikroorganizmy, ktoré používajú fosfor ako stavebný materiál pre bunky. Vpravo - baktérie kmeň GFAJ-1 v nutričnom roztoku obsahujúcom vitamíny, cukry a arzenáty.
Propagačné video:
Staroveké a húževnaté
Pred viac ako tromi miliardami rokov sa prvé živé organizmy na Zemi živili molekulami vodíka a síry.
„Najstarším anaeróbnym dychom je sírny dych. Síra, podobne ako molekulárny vodík, pochádzala zo sopiek. Tento druh metabolizmu sa použil, keď celý život pozostával iba z baktérií a archaea, “hovorí Olga Karnachuk.
S výskytom cyanobaktérií, ktorých metabolickým produktom bol kyslík, sa zloženie zemskej atmosféry začalo postupne meniť. Asi pred 850 - 600 miliónmi rokov už bolo vo vzduchu veľa O2. Pre starodávne mikroorganizmy to znamenalo katastrofu - kyslík je pre nich rovnako toxický ako plynný chlór pre človeka. Preto niektorí vymreli, iní (tzv. Povinní anaeróbovia) utiekli na anoxické miesta - napríklad do podzemí. Boli tiež tí, ktorým sa podarilo prispôsobiť a naučiť sa neutralizovať toxický plyn.
V priebehu času sa niektoré mikroorganizmy „chápali“: kyslík je silný akceptor elektrónov a oxidáciou organických molekúl s ním môžete získať veľa energie potrebnej pre život. To znamená, že sa veľkosť bunky zvyšuje, preto sa do nej umiestni viac DNA a štruktúra sa stáva zložitejšou - takto existuje šanca stať sa mnohobunkovými.
Zvieratá, ktoré nemôžu dýchať
"Rastliny, zvieratá, ľudia - každý dýcha kyslík." Toto je najúčinnejší spôsob získavania energie, a preto, keď sa objavilo aeróbne dýchanie, vyhliadka sa otvorila pre živé organizmy, aby vytvorili vyššie formy vrátane ľudí. Anaeróbne mikróby sa môžu vyvíjať, ale iným smerom. Mnohí z nich sa vydali na cestu kombinácie oboch typov dýchania. Napríklad E. coli (Escherichia coli) vdýchne kyslík a keď vstúpi do ľudského tela (v anaeróbnom prostredí) - dusičnany. Ak sú podmienky úplne zlé, baktéria nie je schopná vôbec dýchať, putuje - ide o úplne iný druh metabolizmu. Medzi vyššími formami prakticky nie sú takí oportunisti, “poznamenáva expert.
Existuje však jedna výnimka - nahá krtek. Tento cicavec, žijúci v podzemných norych, stojí hodiny na veľmi nízkej hladine kyslíka a úplne bez vzduchu, bude trvať až 18 minút (na porovnanie: smrť ľudského mozgu nastane v priemere po piatich minútach v prostredí bez kyslíka).
Ak je vo vzduchu málo kyslíka, nahá krtek sa prepne na anaeróbne štiepenie fruktózy - v dôsledku toho, že kanály GLUT5, ktoré sú zodpovedné za uvoľňovanie fruktózy do krvi, sa syntetizujú v rôznych tkanivách. U ostatných cicavcov sa produkujú iba v črevách.
Nahá krtko krysa - jediný cicavec schopný anaeróbneho rozkladu fruktózy.
Pomôcť osobe
„Na Zemi je veľa organizmov, ktoré sa dokážu zbaviť kyslíka, pretože sa ľahko vytvárajú anaeróbne podmienky - napríklad v kvetináčoch, komposte alebo pobrežných sedimentoch, dokonca aj v našom tele,“pokračuje výskumník.
Zatiaľ čo niektoré anaeróby spôsobujú pri výstrele alebo bodnutí vážne infekcie, z toho majú najväčší úžitok ľudia. Napríklad vedci z Kalifornskej univerzity v San Diegu učili baktériu Salmonella enterica ničiť rakovinové nádory: niektoré salmonely syntetizovali toxín, ktorý vytvára diery v membránach rakovinových buniek, druhý špeciálny proteín, ktorý aktivuje imunitný systém, a ešte iné produkovali molekulu, ktorá v rakovinových bunkách vyvoláva program samodeštrukcie.
Metanogénna archaea sa používa pri výrobe bioplynu z bežného domového odpadu a skupiny znižujúce sírany sú schopné čistiť odpadovú vodu pred znečistením.
„Dnes je veľa baní zatvorených z dôvodu vysokej koncentrácie síranov. Pri ťažbe uhlia sa vytvára veľké množstvo odpadovej vody, ktorá po vyčistení prúdi do riek. Ak sa sírany nebudú likvidovať, môžu sa v zime usmrtiť ryby a iné vodné bioty. Čistíme odpadové vody z týchto škodlivých látok pomocou mikroorganizmov pestovaných v našom laboratóriu. Vytvárame podmienky v baniach tak, aby tu bolo možné dýchanie sulfátom a všetok síran sa odstraňoval pomocou baktérií. Táto technológia sa už používa v praxi vo Veľkej Británii, USA, Nemecku. Teraz iba vytvárame biotechnológie, ktoré dokážu pracovať v klimatických podmienkach Ruska pri nízkych priemerných ročných teplotách, “uzatvára expert.
Alfiya Enikeeva