Pokud v důsledku globální kataklyzmy nezůstane v zemské atmosféře kyslík, bude jedním z mála přežívajících organismů Escherichia coli. Jeho hlavní trumfová karta je schopnost dýchat cokoli a kdekoli: na povrchu, v půdě, v lidském žaludku a ne nutně kyslíkem. Spolu s E. coli zůstane na planetě několik set druhů starověkých tvorů, schopných dýchat síru, železo, uran a dokonce i arsen.
Jedovatý vzduch
V roce 2010 objevila neobvyklá bakterie Felisa Wolf-Simon, výzkumná pracovnice astrologického oddělení NASA, při studiu slaného kalifornského mono jezera. Bydleli ve vodě, kde koncentrace alkálií přesáhla 80krát odpovídající ukazatel v oceánu. Mikroby používaly arsen pro dýchání, jed pro většinu živých organismů.
V laboratoři byl nález zvaný „kmen GFAJ-1“umístěn do živného roztoku s normálním obsahem cukrů a vitamínů, ale zcela neobsahoval fosfáty - sloučeniny, v nichž fosfor pochází z prostředí. Místo toho byly mikroorganismy osázeny arzenáty (sloučeniny arsenu).
Ukázalo se, že v prostředí bez fosforu bakterie nejen dýchají arsen, ale také vědí, jak je začlenit do molekul DNA a RNA místo fosforu. Pokud jde o chemické vlastnosti, jsou tyto prvky podobné - enzymy v buňce nemusí rozlišovat fosfát od arzenátu, a to se stává docela často. Je pravda, že taková substituce obvykle končí smrtí a zkameněláním bakterií, ale nikoli v případě kmene GFAJ-1.
"Anaerobní mikroorganismy (ty, které nepotřebují kyslík po celý život nebo jsou smrtící. - Ed.) Jsou schopné redukovat arzén a používat ho v dýchání jako elektronový akceptor." Také anaerobové jsou schopni dýchat sírany, železo, mangan, uran, selen, dusičnany. Mluvíme jen o mikrobech, které nemají formalizované jádro - prokaryoty, včetně bakterií a archaea. Houby rostou anaerobně, ale to je vzácné a mezi eukaryoty (organismy s vytvořeným jádrem) je to spíše výjimka než pravidlo, “říká Olga Karnachuk, vedoucí Ústavu fyziologie rostlin a biotechnologie na Biologickém ústavu Tomské státní univerzity, RIA Novosti.
Vlevo - Felisa Wolf-Simon, která objevila mikroorganismy, které používají fosfor jako stavební materiál pro buňky. Vpravo - bakterie kmen GFAJ-1 v živném roztoku obsahujícím vitaminy, cukry a arzenáty.
Propagační video:
Starověké a houževnaté
Před více než třemi miliardami let byly první živé organismy na Zemi napájeny molekulami vodíku a síry.
"Nejstarším z anaerobních dechů je sírový dech." Síra, jako molekulární vodík, pocházela ze sopek. Tento typ metabolismu byl použit, když celý život sestával pouze z bakterií a archaea, “říká Olga Karnachuk.
S výskytem cyanobakterií, jejichž metabolickým produktem byl kyslík, se složení zemské atmosféry začalo postupně měnit. Asi před 850-600 miliony let už bylo ve vzduchu hodně O2. Pro starověké mikroorganismy to znamenalo katastrofu - kyslík je pro ně stejně toxický jako plynný chlór pro člověka. Proto někteří vymřeli, jiní (tzv. Povinní anaerobové) uprchli na anoxická místa - například do podzemí. Byli také ti, kteří se dokázali přizpůsobit a naučili se neutralizovat toxický plyn.
Postupem času se některé mikroorganismy „rozumí“: kyslík je silný akceptor elektronů a oxidací organických molekul s ním můžete získat spoustu energie potřebné pro život. To znamená, že se velikost buňky zvětšuje, proto se do ní umisťuje více DNA a struktura se stává složitější - tímto způsobem existuje možnost stát se mnohobuněčnými.
Zvířata, která nemohou dýchat
"Rostliny, zvířata, lidé - každý dýchá kyslík." Toto je nejúčinnější způsob získávání energie, a proto, když se objevilo aerobní dýchání, vyhlídka se otevřela pro živé organismy, aby vytvořily vyšší formy, včetně lidí. Anaerobní mikroby se také mohou vyvíjet, ale jiným směrem. Mnoho z nich se vydalo cestou kombinace obou typů dechu. Například E. coli (Escherichia coli) dýchá kyslík, a když vstoupí do lidského těla (v anaerobním prostředí) - dusičnany. Pokud jsou podmínky zcela špatné, bakterie není vůbec schopna dýchat, putuje - jedná se o úplně jiný druh metabolismu. Mezi vyššími formami prakticky neexistují takoví oportunisté, “poznamenává expert.
Existuje však jedna výjimka - krysa nahá. Tento savec, žijící v podzemních nory, stojí hodiny na velmi nízké hladině kyslíku a zcela bez vzduchu bude trvat tak dlouho, jak 18 minut (pro srovnání: smrt mozku člověka nastane průměrně po pěti minutách v prostředí bez kyslíku).
Když je ve vzduchu málo kyslíku, nahá krysa se přepne na anaerobní rozklad fruktózy - v důsledku skutečnosti, že kanály GLUT5, které jsou zodpovědné za uvolňování fruktózy do krve, jsou syntetizovány v různých tkáních. U jiných savců se produkují pouze ve střevech.
Nahá krtek krysa - jediný savec schopný anaerobního rozkladu fruktózy.
Pomáhat člověku
"Na Zemi je mnoho organismů, které se dokáží zbavit kyslíku, protože anaerobní podmínky se snadno vytvářejí - například v květináči, kompostu nebo pobřežních sedimentech, dokonce i v našem vlastním těle," pokračuje výzkumník.
Zatímco někteří anaerobové způsobují při výstřelu nebo bodnutí vážné infekce, nejvíce prospějí lidem. Například vědci z Kalifornské univerzity v San Diegu učili bakterii Salmonella enterica, aby ničili rakovinné nádory: někteří salmonel syntetizovali toxin, který vytváří díry v membránách rakovinných buněk, druhý speciální protein, který aktivuje imunitní systém, a ještě jiní produkovali molekulu, která v rakovinných buňkách spouští program sebezničení.
Methanogenní archaea se používá při výrobě bioplynu z běžného domácího odpadu a skupiny snižující sírany jsou schopny čistit odpadní vodu před kontaminací.
"Dnes je mnoho dolů uzavřeno kvůli vysoké koncentraci síranů." Při těžbě uhlí vzniká velké množství odpadní vody, která po čištění proudí do řek. Pokud nejsou sírany zneškodněny, mohou být v zimě usmrceny ryby a další vodní bioty. Čistíme odpadní vody z těchto škodlivých látek pomocí mikroorganismů pěstovaných v naší laboratoři. Vytváříme podmínky v dolech, aby tam bylo možné dýchání síranem a veškerý síran byl odstraňován pomocí bakterií. Tato technologie se již v praxi používá ve Velké Británii, USA, Německu. Nyní vytváříme biotechnologie, které mohou pracovat v klimatických podmínkách Ruska při nízkých průměrných ročních teplotách, “uzavírá expert.
Alfiya Enikeeva