Mikrober, der lever på luft et globalt fænomen

UNSW-forskere har fundet ud af, at deres tidligere opdagelse af bakterier, der lever på luft i Antarktis, sandsynligvis er en proces, der finder sted globalt, yderligere at understøtte den potentielle eksistens af mikrobielt liv på fremmede planeter.

I deres første opfølgning på en højprofileret undersøgelse fra 2017, som viste, at mikrober i Antarktis har en unik evne til i det væsentlige at leve af luft, forskere fra UNSW Sydney har nu opdaget, at denne proces foregår i jord på tværs af verdens tre poler.

Specifikt, forskere fandt ud af, at de målgener, der er ansvarlige for det atmosfæriske kemosyntesefænomen, de opdagede, er rigelige og udbredt i de polære jorder i Antarktis, Arktisk og tibetansk plateau i Hindu Kush-Himalaya.

Den nye forskning blev offentliggjort i tidsskriftet Frontiers i denne måned og var et samarbejde mellem UNSW, den australske antarktiske afdeling og Kinas Institut for Tibetansk Plateauforskning.

Undersøgelsens seniorforfatter lektor Belinda Ferrari, fra UNSW Science, sagde at leve på luft var en så minimalistisk måde at overleve på, at deres resultater gav yderligere potentiale for mikrobielt liv at eksistere på andre planeter.

"Dette er, hvad NASAs Mars 2020 Perseverance Rover sigter mod at gøre - at søge efter tegn på gammelt mikrobielt liv i kerneprøver af Mars sten og jord, " sagde prof Ferrari.

"En fremtidig mission vil tage prøverne tilbage til Jorden, og NASA-forskere vil analysere jorden på samme måde, som vi gør, for at prøve at se, om der er nogen livsindikatorer."

Prof Ferrari sagde, at forskernes resultater betød, at mikrober, der bruger sporgasser som deres energi- og kulstofkilde til at vokse - i modsætning til fotosyntese, der bruger lys - ikke var en proces isoleret til Antarktis.

"Der er hele økosystemer, der sandsynligvis er afhængige af denne nye mikrobielle kulstoffikseringsproces, hvor mikrober bruger den energi, der opnås ved at indånde atmosfærisk brintgas til at omdanne kuldioxid fra atmosfæren til kulstof - for at vokse, " hun sagde.

"Vi tror, ​​at denne proces sker samtidigt med fotosyntese, når betingelserne ændrer sig, som i den polare vinter, hvor der ikke er lys, men vi sigter mod at bekræfte denne hypotese i næste fase af vores forskning. Så, mens der er behov for mere arbejde for at bekræfte, at denne aktivitet finder sted globalt, det faktum, at vi opdagede målgenerne i jorden på de tre poler, betyder, at denne nye proces sandsynligvis finder sted i kolde ørkener rundt om i verden, men er simpelthen blevet overset indtil nu."

Antarktis, Artic og Tibetansk Plateau jord analyseret

Forskere analyserede 122 jordprøver fra 14 terrestriske kolde ørkensteder på tværs af Antarktis (Vindmølleøerne og Vestfoldbakkerne), det høje arktiske og tibetanske plateau, som de indsamlede mellem 2005 og 2019.

Studiets hovedforfatter, UNSW Ph.D. kandidat Angelique Ray, sagde, at et af de store spørgsmål, holdet havde, da de afsluttede deres tidligere undersøgelse, var, om denne nye proces med atmosfærisk kemosyntese – også kendt som kulstoffiksering eller kulstofsænk – foregik på samme måde andre steder rundt om i verden.

"Så, denne gang lavede vi en global undersøgelse. Vi samlede det øverste 10-centimeter lag af jord fra forskellige steder ved de tre poler, som er den dybde, hvor de fleste af de organismer, vi studerer, findes, " hun sagde.

"Jorden på disse steder er fuldstændig frossen det meste af året - og der er ikke meget jord, fordi det mest er sten."

Forskerne udtog DNA fra jordprøverne og sekventerede derefter DNA'et for at detektere målgenerne, der er ansvarlige for processen med carbonfiksering.

Fru Ray sagde, at forskerne også udførte miljøanalyser af hvert sted for at måle de forhold, som mikroberne levede under.

"Ved at se på miljøparametrene i jorden, det var sådan vi vidste, at der var lavt kulstof, lav fugtighed og andre faktorer, der spiller ind, " hun sagde.

"Så, vi korrelerede målgenerne for kulstoffikseringsprocessen mod de forskellige steder og fandt, at de steder, der er tørrere og lavere i næringsstoffer - kulstof og nitrogen - havde et større potentiale til at understøtte denne proces, hvilket gav mening."

Fund til at ændre tankegangen om kulstoffiksering

Prof Ferrari sagde, at forskernes resultater ville ændre den måde, forskerne tænkte på de begrænsninger, der kræves for, at liv kan eksistere, samt hvordan mikrobiologi blev undervist.

"Ved at undersøge steder uden for Antarktis, vi kan bestemme, hvor betydeligt bidraget fra denne nye form for kemotrofi er til det globale kulstofbudget, " hun sagde.

"Før vi opdagede denne nye kulstofdrænproces, de to vigtigste kendte kemotrofiske former var fotosyntese og geotermisk kemotrofi - sidstnævnte er, hvor bakterier udnytter uorganiske forbindelser som svovlbrinte til at binde kulstof. Men nu har vi fundet ud af, at generne involveret i denne proces er rigelige i kolde ørkener, selvom vi endnu mangler at studere varme ørkener, vores fund indikerer sandsynligvis atmosfærisk kemosyntese bidrager til det globale kulstofbudget."

Prof Ferrari sagde, at det sandsynligvis var de bakterier, der overlevede på intet andet end luft, var blevet nøglespillere i de miljøer, de levede i.

"Mange af disse økosystemer er ret tørre og næringsfattige - så, disse steder er for det meste domineret af bakterier, " hun sagde.

"Især på de oprindelige østantarktiske steder, vi studerede, der er ikke meget andet der end nogle mosser og lav (svamp). Fordi disse bakterier har tilpasset sig til at overleve og har evnen til at bruge sporgasser til at leve, deres miljø har udvalgt dem til at blive væsentlige bidragydere til deres økosystemer."

Prof Ferrari sagde, at forskerne så frem til at gøre nye opdagelser inden for kulstoffiksering.

"Som en del af næste fase, vi sigter mod at isolere en af ​​disse nye bakterier i laboratoriet - for at opnå en ren kultur, " hun sagde.

"Det er svært, fordi bakterierne er vant til at vokse på meget lidt, og en agarplade er anderledes end deres naturlige miljø. vi kan fuldt ud forstå de betingelser, disse bakterier har brug for for at udføre denne unikke proces med at leve på luft."