Baja California und der mexikanischen Küste, gesehen von der ISS.Bild: NASA
Forscher vor der Küste von Mexiko entdeckt haben, Nachweis von Arsen-den Atem des Lebens in Sauerstoff-verhungerten Wasser. Diese robusten Mikroben sind ein überbleibsel der Erde ist Vergangenheit, aber Sie könnte auch ein Zeichen der Dinge zu kommen, die unter dem Einfluss des Klimawandels.
Vor Milliarden von Jahren, als die Erde noch sehr jung war, die ersten Organismen entstehen nicht den Vorteil, der reichlich Sauerstoff. Stattdessen werden diese wegweisenden Mikroben wahrscheinlich ausnutzt, andere Elemente, um Ihre Energie, wie Stickstoff -, Schwefel -, und, vielleicht überraschend, Arsen—Verbindung, die typischerweise mit Gift. Schließlich ist es unser planet war Reich an Sauerstoff, aufgrund der Auswirkungen der fotosynthetische Organismen, die umgewandelt Kohlendioxid in Sauerstoff.
Das team extrahieren und analysieren anoxischen Wasser aus dem Pazifischen Ozean. Bild: Noelle Held/Woods Hole Oceanographic Institution
Reichliche Mengen von Sauerstoff aus den frühen Mikroorganismen obsolet—oder zumindest das ist, was wir dachten. Neue Forschung, veröffentlicht in dieser Woche in Proceedings of the National Academy of Sciences legt nahe, einige Organismen mit einem Arsen-basierten Atemwege sind immer noch rund, und Sie sind ziemlich viel, wo Sie von Ihnen erwarten würde: low-Sauerstoff-Umgebungen.
Genauer gesagt, Sie Leben in den marinen Sauerstoff-Mangel-Zonen (ODZs)—eine mittlere Schicht von tropischen Ozean, wo Sauerstoff vorhanden ist in Spur Mengen. Die Spuren dieser atavistischen Mikroben entdeckt wurden von einem team unter der Leitung von Jaclyn Saunders, Postdoc an der Woods Hole Oceanographic Institution und dem Massachusetts Institute of Technology, vor der Küste von Mexiko, im östlichen Tropischen Südpazifik ODZ. Die neue Forschung zeigt, dass diese uralte überlebensstrategie noch in Gebrauch ist, einige low-Sauerstoff, oder anoxischen, marinen ökosysteme.
“Wir haben für eine lange Zeit bekannt, dass es sehr niedrige Niveaus von Arsen in den Ozean,” Gabrielle Rocap, ein co-Autor der Studie und ein University of Washington-professor of oceanography, sagte in einer Presseerklärung. “Aber die Idee, dass Organismen könnten mit Arsen um ein Leben zu machen—es ist eine ganz neue Stoffwechsel für den offenen Ozean.” Die Kreaturen, dass Leben in ODZs, sagte Sie, “haben andere Elemente, die als Elektronen-Akzeptor zu extrahieren Energie aus der Nahrung.”
Angesichts der anhaltenden Auswirkungen des Klimawandels, die neue Erkenntnis grimmig schlägt vor, eine Erweiterung des Lebensraums für diese Mikroben, wie ODZs produziert von empfindlichen Ungleichgewicht zwischen der Menge an verfügbarem Sauerstoff in der Atmosphäre und der Zerfall der organischen Materie. Mehr erfreulich, aber die Suche hält auch Auswirkungen bei der Suche nach außerirdischem Leben. Astrobiologists kann jetzt auch low-Sauerstoff, Arsen-freundliche Umgebungen in Ihrer Jagd für mikrobielle fremde Leben.
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Für die Studie, Saunders’ team analysiert Meerwasser zog aus der ETSP ODZ. Unter den bits und Stücke von DNA gefunden, schwebend in der Lösung wurden die genetischen Signalwege, verbunden mit Arsen. Als Saunders erklärt Gizmodo eine E-Mail, die Wege, die Ihr team identifiziert alle angezeigt werden, die bakterielle in der Natur, wie die Sequenzen abgeleitet stammte aus einer prokaryotischen oder Einzellige, Metagenom (also das genetische material in einer umweltprobe).
“Wir gefilterten Meerwasser durch eine 30-Mikron-mesh-ersten—so dass wir nur den Blick auf kleine Organismen—und dann passierten wir, dass Meerwasser durch ein 0,2-Mikron-filter, die eingefangen wurden die mikrobiellen Zellen”, sagte Saunders. “Die DNA von allen Organismen eingefangen wurde dann extrahiert, geschnitten in kleine Stücke, und sequenziert.”
Diese kurzen Sequenzen wurden dann zusammen in einer “Sequenz-puzzle” zu einem langen, zusammenhängenden Strecken der DNA, genannt contig”, erklärte Sie. Von dort werden die Arsen-Genen identifiziert wurden, die auf der contigs zusammengesetzt aus den Metagenom-Sequenzdaten. Diese form der DNA-Sequenzierung “hat wirklich beschleunigt unser Verständnis von Umwelt-Gemeinschaften, die nicht zugänglich, um die klassische mikrobiologische Isolierung Techniken”, sagte Saunders.
Zwei Arten von Mikroorganismen, die Forscher vermuten, Radfahren sind zwei Formen von Arsen, die in, was jetzt in einem neu entdeckten respiratorischen Zyklus, wo die Atmung ist im wesentlichen die Umwandlung von chemischer Energie in biologische Energie. Weniger als 1 Prozent der gesamten Mikroben-Bevölkerung in diesen Gewässern zu finden in der Lage sind, die Atmung Arsen, die Forscher geschätzt. Die Wissenschaftler haben auch spekuliert, dass diese durch Wasser übertragene Mikroben könnten, werden verwandt, um ähnliche Mikroben gefunden in hot springs und verunreinigt, Arsen-reiche Standorte auf dem land.
Die Existenz dieses Zyklus, “kann unterschätzt werden in der modernen Ozean” und gegebenenfalls einen “signifikanten Beitrag zu biogeochemischen Zyklen in den anoxischen alten Ozeane, wenn Arsen-Konzentrationen höher waren,” die Forscher schrieb in die Studie.
In Bezug auf die nächsten Schritte, Saunders hofft, Kultur der Arsen-Mikroben verschlingen, in Ihrem Labor, damit Sie untersucht werden können weitere.
“Ich muss auch zurück zu dem Ort, wo diese DNA-Probe wurde gesammelt, um zu versuchen zu beobachten, mikrobielle Radfahren von Arsen durch gekoppelte Chemische und genetische Sequenzierung analysiert“, sagte Sie. In der Tat, der logische nächste Schritt ist es, zusammen eine ganze Genom besser zu charakterisieren, diese Mikroben und bestimmen, wie passen Sie in den größeren marinen Umwelt.
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Saunders vereinbart, dass Ihre Feststellung ist relevant für die Suche nach außerirdischem Leben.
“Es gibt Meer Welten—planetarischen Körpern, haben flüssiges Wasser, Ozeane—in unser eigenes Sonnensystem”, erzählte Sie Gizmodo. “Enceladus ist ein Mond des Saturn, hat einen felsigen Kern, einer flüssigen Wasser-Ozean, und eine Dicke Eiskruste auf der Oberfläche. Es ist einer der hoffnungsvollsten Orte für die Suche nach Leben anderswo im Universum.”
Die Identifizierung dieser Arsen-freundlichen Organismen in der Sauerstoff-Armen offenen Ozean Wassersäule, sagte Sie, erweitert die Grenzen der Wissenschaftler traditionell Suche nach solchen Mikroben.
Suche nach Arsen-Atmung Mikroben auf Enceladus oder sonstwo wäre natürlich eine große Sache, aber, wie dieses neue Papier macht klar, manche die meisten Außerirdischen Lebensformen gefunden werden können, hier auf der Erde.
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