Jak przetrwać bez wody w ekstremalnym środowisku? W mikroświecie jest wiele metod, a jedna z nich została ostatnio opisana przez Hiszpanów z LBMARS. Bakterie manipulują procesem krystalizacji soli, tworząc sobie "schrony" gdzie mogą przetrwać najgorsze warunki. Dlatego odkrycie najbardziej interesuje naukowców zaangażowanych w poszukiwanie śladów życia poza Ziemią.
Bakteria E.coli jest standardowym modelem badawczym i
jednym z najlepiej poznanych form życia. Biolog José María Gómez z Laboratory
of BioMineralogy and Astrobiological Research przeprowadził w domu
prosty eksperyment. Zawiesina bakterii została umieszczona w kropli roztworu
soli. Po jej wyschnięciu zaobserwował pod mikroskopem, że w strukturze
krystalicznej pojawiły się skomplikowane wzory. Kolejne eksperymenty odbyły się w jednostce
badawczej, w kontrolowanych warunkach i na znacznie lepszym sprzęcie.
Pałeczka okrężnicy Escherichia
coli. AJ Cann Lic. CC SA.
Gdy kropla słonej wody wysycha, obecność E.coli wpływa na tworzenie się i rozwój kryształków
chlorku sodu. Na skutek tego powstaje sieć trójwymiarowych struktur, które
zawierają w sobie hibernujące bakterie. Powstaje rodzaj biominerału. Od dawna obserwowano,
że określone polimery, detergenty żele czy barwniki wpływają na powstawanie
specyficznych wzorów podczas krystalizacji. Struktury takie obserwowano w
czasie krystalizacji roztworów soli z DNA, białkami oraz płynami
fizjologicznymi zwierząt, a wiec cząsteczkami pochodzenia biologicznego. Teraz bezpośrednio
wykazano, że takie struktury mogą formować żywe organizmy.
Obraz mikroskopowy wysuszonego biofilmu E.coli z roztworu NaCl. Wzory: nc - część rdzeniowa, fl - wzory fraktalne, fb - wzory krzaczaste liścia paproci (Gomez 2014)
Jak dochodzi do tworzenia struktur? Gdy
woda wysycha, bakterie skupiają się w specyficzne wzory. Ich struktura zależy
od miejsca w wyschniętej kropli. Badacze wyróżnili 3 rodzaje wzorów: część
rdzeniową z strukturą typową dla kryształu soli, następnie wzory fraktalne i
krzaczaste o pokroju liścia paproci. Wskazuje to, że bakterie nie wpływają na
pierwszy moment krystalizacji.
Badanie pod mikroskopem skaningowym
wykazało dalsze skomplikowanie struktury, tym razem warstwowe. Wzory są tak
skomplikowane, że w rejonie wzorów fraktalnych praktycznie nie można odróżnić
gdzie jest bakteria, a gdzie NaCl. Mutanty pozbawione rzęsek też formowały
takie wzory, więc nie tworzy ich ruch bakterii. Nie jest znany dokładny
mechanizm zjawiska BIM (biomineralizacja z udziałem bakterii), choć
wcześniejsza literatura wymienia takie potencjalne czynniki jak wpływ bakterii
na pH i nasycenie roztworu, wpływ właściwości fizycznych błony powierzchniowej,
błony komórkowej czy wreszcie wydzielanie do otoczenia całej gamy związków
organicznych. Na organizację nieorganicznych kryształów jaką wpływ białka,
lipidy, proteoglikany czy polisacharydy.
Pomimo znacznego wysuszenia, po
rozpuszczeniu solnych struktur hibernujące w nich bakterie wróciły do
normalnego stanu. Jest to bardzo istotne dla astrobiologów. Ze względu na bogactwo
i skomplikowanie utworzonych w czasie krystalizacji struktur, mogą być użyte
jak biosygnatury w czasie poszukiwania życia poza Ziemią.
Sól tworzy też swoisty pancerz, który może
chronić przed zimnem, kwasami, antybiotykami, promieniowaniem UV. Podobne
zjawiska mogą zachodzić także podczas formowania struktur krystalicznych innych
związków niż NaCl. Wcześniejsze badania wykazały, że komórki bakteryjne pod
cienką warstwą materiału symulującego marsjański regolit znacznie lepiej
radziły sobie z promieniowaniem UV.
Woda jest niezbędna do podtrzymania życia, więc
wiele organizmów przystosowało się radzenia sobie z jak brakiem. Znaczne
zdolności anhydrobiotyczne posiadają niektóre szczepy bakterii, cyjanobakterii,
a z wyższych organizmów słynne "niezniszczalne" nieszporczaki. Co
ciekawe, nie wiemy jak długo wymienione organizmy mogą przebywać w wysuszonym
stanie. Zawartość wody w solnych strukturach będących przedmiotem badania jest
nawet niższa, niż standardy dla anhydrobiozy.
Laboratorium LBMARS w którym
przeprowadzono eksperymenty bierze udział w budowie Raman RLS,
instrumentu badawczego do poszukiwania śladów biologicznych. Zostanie on
wysłany jako część łazika ExoMars
na Czerwoną Planetę. Mijsja Europejskiej Agencji Kosmicznej startuje w 2018
roku. Dlatego odkrycie pomoże w poszukiwaniu biominerałów, które są
bezpośrednim wskaźnikiem obecności życia.
Najnowsza wizualizacja łazika ExoMars. ESA 2014
Kwestia opisywanych mechanizmów jest szczególnie
istotna z ewolucyjnego punktu widzenia. Takie zachowanie z pewnością pomagało przetrwać
na niegościnnej Ziemi miliony lat temu i zostało utrwalone.
Jak już wczesniej wspomniano, sama
biomineralizacja jest znanym nauce zjawiskiem. Teraz mamy model, na którym
można badać to zjawisko. Według autorów odkrycie może też znaleźć zastosowanie jako
nowa technika suszenia bakterii.
W sieci badacze udostępnili filmy (w formie pliku), na których można zobaczyć proces formowania się biokryształów:
Opracowanie: Seweryn Frasiński
Źródła:
www.agenciasinc.es
www.agenciasinc.es
Gómez Gómez José María, Medina Jesús,
Hochberg David, Mateo-Martí Eva, Martínez-Frías Jesús, and Rull Fernando. Drying
Bacterial Biosaline Patterns Capable of Vital Reanimation upon Rehydration:
Novel Hibernating Biomineralogical Life Formations. Astrobiology. July 2014, 14(7):
589-602. doi:10.1089/ast.2014.1162.
"Labolatorium"? Litości! LaboRare = pracować, pracownia = laboRatorium.
OdpowiedzUsuńProdukują tych wpisów, a głupiej literówki (która notabene w ogóle w tekście popularnoNAUKOWYM nie powinna się przytrafić) nie ma komu.
UsuńJest komu, tylko trzeba najpierw się dokopać do wartościowego komentarza. Do jednego ze starych postów dorwały się boty i spamują komentarzami. Już poprawione
Usuń