Микробиолозите на Caltech са открили бактерии, които се хранят с манган и използват метала като източник на калории. Предполага се, че такива микроби съществуват преди повече от век, но досега нито един не е бил открит или описан.

открити

„Това са първите бактерии, за които е установено, че използват манган като източник на гориво“, казва Джаред Лидбетър, професор по микробиология на околната среда в Калтех, който в сътрудничество с докторант Ханг Ю описва констатациите в изданието от 16 юли Природата. "Прекрасен аспект на микробите в природата е, че те могат да метаболизират на пръв поглед невероятни материали, като метали, като добиват енергия, полезна за клетката."

Изследването също така разкрива, че бактериите могат да използват манган за превръщане на въглеродния диоксид в биомаса, процес, наречен хемосинтеза. Преди това изследователите са знаели за бактерии и гъбички, които могат да окислят мангана или да го лишат от електрони, но те само са предполагали, че все още неидентифицираните микроби могат да използват процеса, за да стимулират растежа.

Leadbetter откри бактериите безразборно, след като проведе несвързани експерименти, използвайки лека, подобна на тебешир форма на манган. Беше оставил стъклен буркан, замърсен с веществото, да се накисва в чешмяна вода в офисната си мивка в Caltech, преди да замине за няколко месеца, за да работи извън кампуса. Когато се върна, бурканът беше покрит с тъмен материал.

„Помислих си„ Какво е това? “, Обяснява той. "Започнах да се чудя дали дълго търсените микроби може да са отговорни, затова систематично провеждахме тестове, за да разберем това."

Черното покритие всъщност е окислен манган, генериран от новооткрити бактерии, които вероятно са дошли от самата чешмяна вода. „Има доказателства, че роднини на тези същества живеят в подпочвените води и част от питейната вода на Пасадена се изпомпва от местните водоносни хоризонти“, казва той.

Манганът е един от най-разпространените елементи на повърхността на земята. Мангановите оксиди са под формата на тъмно, грубо вещество и са често срещани в природата; те са открити в подземните находища и могат да се образуват и във водоразпределителни системи.

"Съществува цял набор от екологична инженерна литература за системите за разпределение на питейна вода, които се запушват от манганови оксиди", казва Leadbetter. "Но как и по каква причина там се генерира такъв материал, остава загадка. Ясно е, че много учени смятат, че бактериите, използващи манган за енергия, може да са отговорни, но доказателства в подкрепа на тази идея досега не са били налични."

Откритието помага на изследователите да разберат по-добре геохимията на подпочвените води. Известно е, че бактериите могат да разграждат замърсителите в подпочвените води - процес, наречен биоремедиация. Когато правят това, няколко ключови организма ще „намалят“ мангановия оксид, което означава, че му даряват електрони, по начин, подобен на начина, по който хората използват кислород във въздуха. Учените се чудеха откъде първоначално идва мангановият оксид.

„Бактериите, които сме открили, могат да го произведат, като по този начин те се радват на начин на живот, който също така служи за снабдяване на останалите микроби с това, което им е необходимо за извършване на реакции, които смятаме за полезни и желани“, казва Leadbetter.

Констатациите от изследването също имат възможно значение за разбирането на мангановите възли, които осеяват голяма част от морското дъно. Тези кръгли метални топки, които могат да бъдат големи колкото грейпфрут, са били известни на морските изследователи още при круизите на HMS Challenger през 1870-те. Оттогава се установява, че такива възли покриват дъното на много от океаните на Земята. През последните години минните компании кроят планове за събиране и експлоатация на тези възли, тъй като в тях често се намират концентрирани редки метали.

Но малко се разбира как първо се образуват възлите. Сега Ю и Лидбетър се чудят дали микробите, подобни на това, което са открили в сладководни води, може да играят роля и те планират допълнително да разследват мистерията. „Това подчертава необходимостта от по-добро разбиране на морските манганови възли, преди да бъдат унищожени от добива“, казва Ю.

„Това откритие от Джаред и Ханг запълва основна интелектуална празнина в нашето разбиране за елементарните цикли на Земята и добавя към разнообразните начини, по които манганът, непрозрачен, но общ преходен метал, е формирал еволюцията на живота на нашата планета“, казва Удуърд Фишер, професор по геобиология в Калтех, който не е участвал в проучването.

Повече информация: Бактериална хемолитоавтотрофия чрез манганово окисление, Природата (2020 г.). DOI: 10.1038/s41586-020-2468-5