Bakterier med metaldiæt opdaget i snavset glas

Caltechs mikrobiologer har opdaget bakterier, der lever af mangan og bruger metallet som deres kaloriekilde. Sådanne mikrober blev forudsagt at eksistere for over et århundrede siden, men ingen var blevet fundet eller beskrevet indtil nu.

"Dette er de første bakterier fundet til at bruge mangan som deres brændstofkilde, " siger Jared Leadbetter, professor i miljømikrobiologi ved Caltech, som, i samarbejde med postdoc Hang Yu, beskriver resultaterne i tidsskriftet 16. juli Natur . "Et vidunderligt aspekt af mikrober i naturen er, at de kan metabolisere tilsyneladende usandsynlige materialer, som metaller, giver energi nyttig til cellen. "

Undersøgelsen afslører også, at bakterierne kan bruge mangan til at omdanne kuldioxid til biomasse, en proces kaldet kemosyntese. Tidligere, forskere kendte til bakterier og svampe, der kunne oxidere mangan, eller fratage den elektroner, men de havde kun spekuleret i, at endnu ikke-identificerede mikrober måske kunne udnytte processen til at drive vækst.

Leadbetter fandt bakterierne serendipitalt efter at have udført ikke-relaterede eksperimenter med et lys, kridtlignende form af mangan. Han havde efterladt en glaskrukke snavset med stoffet til at opbløde i postevand i sin Caltech-kontorvask, før han tog af sted i flere måneder for at arbejde uden for campus. Da han kom tilbage, krukken var belagt med et mørkt materiale.

"Jeg troede, 'Hvad er det?'" forklarer han. "Jeg begyndte at spekulere på, om længe eftersøgte mikrober kunne være ansvarlige, så vi udførte systematisk test for at finde ud af det."

Den sorte belægning var faktisk oxideret mangan genereret af nyfundne bakterier, der sandsynligvis var kommet fra selve postevandet. "Der er beviser på, at slægtninge til disse væsner bor i grundvandet, og en del af Pasadenas drikkevand pumpes fra lokale grundvandsmagasiner, " han siger.

Mangan er et af de mest rigelige elementer på jordens overflade. Manganoxider har form af en mørk, klumpet stof og er almindelige i naturen; de er fundet i aflejringer under overfladen og kan også dannes i vanddistributionssystemer.

"Der er en hel række miljøteknisk litteratur om drikkevandsdistributionssystemer, der bliver tilstoppet af manganoxider, "siger Leadbetter." Men hvordan og af hvilken grund sådant materiale genereres der, er forblevet en gåde. Klart, mange videnskabsmænd har anset, at bakterier, der bruger mangan til energi, kan være ansvarlige, men beviser, der understøtter denne idé, var ikke tilgængelige før nu."

Fundet hjælper forskere med bedre at forstå grundvandets geokemi. Det vides, at bakterier kan nedbryde forurenende stoffer i grundvand, en proces kaldet bioremediering. Når du gør dette, flere nøgleorganismer vil "reducere" manganoxid, hvilket betyder, at de donerer elektroner til det, på en måde, der ligner, hvordan mennesker bruger ilt i luften. Forskere har undret sig over, hvor manganoxidet kommer fra i første omgang.

"De bakterier, vi har opdaget, kan producere det, således nyder de en livsstil, der også tjener til at forsyne de andre mikrober med det, de har brug for for at udføre reaktioner, som vi anser for at være gavnlige og ønskværdige, " siger Leadbetter.

Forskningsresultaterne har også mulig relevans for at forstå mangan knuder, der prikker meget af havbunden. Disse runde metalliske kugler, som kan være så stor som grapefrugt, var kendt af havforskere så tidligt som krydstogterne med HMS Challenger i 1870'erne. Siden da, sådanne knuder har vist sig at beklæde bunden af ​​mange af Jordens oceaner. I de seneste år, mineselskaber har lagt planer for at høste og udnytte disse knuder, fordi sjældne metaller ofte findes koncentreret i dem.

Men lidt er forstået om, hvordan knuderne dannes i første omgang. Yu og Leadbetter spekulerer nu på, om mikrober, der ligner det, de har fundet i ferskvand, kan spille en rolle, og de planlægger at undersøge mysteriet yderligere. "Dette understreger behovet for bedre at forstå marine manganknuder, før de decimeres af minedrift, " siger Yu.

"Denne opdagelse fra Jared og Hang udfylder et stort intellektuelt hul i vores forståelse af Jordens elementære cyklusser, og tilføjer til de forskellige måder, hvorpå mangan, et abstrut men almindeligt overgangsmetal, har formet udviklingen af ​​livet på vores planet, " siger Woodward Fischer, professor i geobiologi ved Caltech, som ikke var involveret i undersøgelsen.