Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Ở những nơi có lượng oxy thấp trong đại dương, một số vi khuẩn đang sống sót nhờ lấy năng lượng từ asen. Sự chiếm giữ từ Trái đất cổ đại này không được biết là vẫn tồn tại trong đại dương mở.
Asen là một chất độc chết người đối với hầu hết các sinh vật sống, nhưng nghiên cứu mới cho thấy các vi sinh vật đang hít phải asen trong một khu vực rộng lớn ở Thái Bình Dương. Một nhóm nghiên cứu của Đại học Washington đã phát hiện ra rằng một chiến lược sinh tồn cổ xưa vẫn đang được sử dụng trong các phần oxy thấp của môi trường biển.
Tác giả đầu tiên Jaclyn Saunders, người đã thực hiện nghiên cứu cho luận án tiến sĩ của mình tại UW và hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ. tại Viện Hải dương học Woods Hole và Viện Công nghệ Massachusetts.
Nghiên cứu được công bố trong tuần này trong Kỷ yếu của Viện hàn lâm Khoa học Quốc gia .
“Từ lâu chúng ta đã biết rằng có hàm lượng thạch tín rất thấp trong đại dương”, đồng tác giả Gabrielle Rocap, giáo sư hải dương học của UW cho biết. “Nhưng ý tưởng cho rằng các sinh vật có thể sử dụng asen để kiếm sống – đó là một sự trao đổi chất hoàn toàn mới cho đại dương mở.”
Các nhà nghiên cứu đã phân tích các mẫu nước biển từ một khu vực bên dưới bề mặt nơi mà oxy gần như không có, buộc cuộc sống phải tìm kiếm các chiến lược khác. Những khu vực này có thể mở rộng dưới sự thay đổi khí hậu.
“Ở một số nơi trên đại dương có một bánh sandwich nước, nơi không có oxy có thể đo được”, Rocap nói. “Các vi khuẩn trong các khu vực này phải sử dụng các yếu tố khác hoạt động như một chất nhận điện tử để trích xuất năng lượng từ thực phẩm.”
Các lựa chọn thay thế phổ biến nhất cho oxy là nitơ hoặc lưu huỳnh. Nhưng các cuộc điều tra ban đầu của Saunders cho thấy asen cũng có thể hoạt động, thúc đẩy cô tìm kiếm bằng chứng.
Nhóm nghiên cứu đã phân tích các mẫu được thu thập trong chuyến nghiên cứu năm 2012 đến Thái Bình Dương nhiệt đới, ngoài khơi Mexico. Các phân tích di truyền trên DNA chiết xuất từ nước biển đã tìm thấy hai con đường di truyền được biết là chuyển đổi các phân tử dựa trên asen như một cách để thu được năng lượng. Vật liệu di truyền đã nhắm vào hai dạng thạch tín khác nhau và các tác giả tin rằng các con đường xảy ra ở hai sinh vật luân chuyển asen qua lại giữa các dạng khác nhau.
Kết quả cho thấy các vi khuẩn thở asen chiếm ít hơn 1% dân số vi khuẩn ở vùng biển này. Các vi khuẩn được phát hiện trong nước có lẽ có liên quan xa đến các vi khuẩn thở asen được tìm thấy trong suối nước nóng hoặc các vị trí bị ô nhiễm trên đất liền.
Saunders nói: “Điều tôi nghĩ là điều thú vị nhất về các vi khuẩn gây ra asen tồn tại ngày nay trên đại dương là chúng đang biểu hiện gen cho nó trong một môi trường khá thấp asen”, Saunders nói. “Nó mở ra ranh giới cho nơi chúng ta có thể tìm kiếm các sinh vật đang hô hấp arsenic, trong các môi trường nghèo asen khác.”
Các nhà sinh học tin rằng chiến lược này là một sự nắm giữ từ lịch sử ban đầu của Trái đất. Trong thời kỳ sự sống trỗi dậy trên Trái đất, oxy khan hiếm ở cả không khí và đại dương. Oxy trở nên dồi dào trong bầu khí quyển của Trái đất chỉ sau khi quang hợp trở nên phổ biến và biến khí carbon dioxide thành oxy.
Các dạng sống sớm phải thu được năng lượng bằng cách sử dụng các yếu tố khác, chẳng hạn như asen, có khả năng phổ biến hơn ở các đại dương vào thời điểm đó.
Saunders nói: “Chúng tôi đã tìm thấy các dấu hiệu di truyền của các con đường vẫn còn đó, tàn dư của đại dương trong quá khứ đã được duy trì cho đến ngày hôm nay”.
Quần thể thở thạch tín có thể phát triển trở lại dưới sự thay đổi khí hậu. Các vùng oxy thấp được dự kiến sẽ mở rộng và oxy hòa tan được dự đoán sẽ giảm trong môi trường biển.
“Đối với tôi, nó chỉ cho thấy có bao nhiêu ngoài kia trong đại dương mà chúng ta không biết”, Rocap nói. Saunders gần đây đã thu thập nhiều mẫu nước từ cùng khu vực và hiện đang cố gắng phát triển các vi khuẩn biển thở arsenic trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu chúng kỹ hơn.
“Ngay bây giờ chúng tôi đã có các mẩu và bộ gen của họ, chỉ đủ để nói rằng có, họ đang thực hiện việc chuyển đổi thạch tín này”, Rocap nói. “Bước tiếp theo sẽ là tập hợp toàn bộ bộ gen và tìm hiểu những gì họ có thể làm, và làm thế nào sinh vật đó phù hợp với môi trường.”
Đồng tác giả Clara Fuchsman đã thu thập các mẫu và dẫn đầu nỗ lực giải trình tự DNA với tư cách là nhà khoa học nghiên cứu sau tiến sĩ của UW và hiện đang giữ vị trí giảng viên tại Đại học Maryland. Đồng tác giả khác là Cedar McKay, một nhà khoa học nghiên cứu tại Trường Hải dương học UW. Nghiên cứu được tài trợ bởi một nghiên cứu sinh tốt nghiệp từ NASA và một khoản tài trợ nghiên cứu từ Quỹ khoa học quốc gia.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Washington . Bản gốc được viết bởi Hannah Hickey. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :