Ekstremalne bakterie działają na wodór!

Nowości u kominów termalnych: międzynarodowy zespół wykazał, że bakterie z podmorskich źródeł hydrotermalnych mogą odżywiać się wodorem. Po metanie i po związkach siarki, jest to więc trzecie źródło syntetycznej energii chemicznej z tych nieprawdopodobnych źródeł życia, które właśnie zostały odkryte.

Na powierzchni podwodnych wulkanów albo grzbietów oceanicznych, wiele tysięcy metrów w dół, woda sącząca się ze szczelin w skorupie ziemskiej, jest podgrzewana przez bliska magmę. Obciąża się ona różnymi elementami i gazem, a później jest wyrzucana na poziomie źródeł hydrotermalnych przez kominy, właśnie kominy termalne.

Z podowdu ciśnienia na tej głębokości, woda może przekraczać temperaturę nawet 300 °C, nie przemieniając się w parę. W tych piekielnych warunkach, wokół "ust" plujących płonącym pióropuszem, oto rozwija się zadziwiająca obfitość różnych form życia.

Odkryte ponad trzydzieści lat temu, te podwodne oazy, być może u źródeł życia na ziemi i „zaludnione” przez nieznane wielkie gatunki, bardzo intrygują biologów z całego świata. Ponieważ (prawie) na całej ziemi i w morzu, pierwszym źródłem energii dla organizmu żyjącego jest słońce.

Rośliny, algi, drzewa, drogą fotosyntezy przechwytują energię ze światła słonecznego, aby formować molekuły organiczne z elementów mineralnych. I to tutaj właśnie zaczyna się łańcuch pokarmowy.

Wokół kominów termalnych jednak, nie ma światła, nie ma roślin, ale jest dywan z małżów, z gigantycznych robaków, z krewetek... cała ta bioróżnorodność złożonego ekosystemu. Badacze zrozumieli krok po kroku, że wszystkie de organizmy zależały od tego samego pierwszego ogniwa łańcucha: od bakterii, które żyją w symbiozie z nimi.

Te mikroorganizmy, w rzeczywistości, są autotroficzne jak rośliny. Termin autotroficzne oznacza, iż same produkują niezbędne im molekuły, bez konieczności zjadania molekuł produkowanych przez inne. Ale, w przeciwieństwie do roślin, bakterie te produkują swoje molekuły w drodze chemosyntezy, a nie fotosyntezy.

Zamiast światła, to właśnie reakcja chemiczna dostarcza tym bakteriom pierwszą energię, która jest niebędna dla ich metabolizmu.

Trzecia droga

Aż do tej pory, to właśnie oksydacja metanu oraz różne zredukowane składniki siarki zostały zidentyfikowane jako źródło energii chemicznej. Międzynarodowy zespół badawczy, w tym biolodzy morscy i genetycy z francuskiego CNRS, właśnie wykazał, że bakterie symbiotyczne były również zdolne do konsumpcji wodoru rozpuszczonego w wodzie termalnej.

Badanie odniosło się w szczególności do bakterii żyjących w symbiozie z małżami znalezionymi na 3 200 metrach głębokości w punkcie Logatchev na grzbiecie środkowoatlantyckim. Analizy na głębokości oraz in vitro, na statku, zostały starannie przeprowadzone, aby zrozumieć tę drogę syntezy biochemicznej.

Bakterie żyją na blaszkach skrzeli wspomnianych wyżej małży. Dzięki technice fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (skrót FISH z języka angielskiego, czyli fluorescent in situ hybridization), badacze odkryli, że posiadają one i wyrażają gen hupL, który jest kluczem do procesu oksydacji wodoru.

Badacze mogli więc wykazać, przy pomocy spektrometru masowego, że około połowa z rozpuszczonego wodoru była konsumowana po przejściu z wody na dywan z małżów, które otaczają źródło. Każdej godziny, około 4 460 litrów wodoru jest poddawane oksydacji przez bakterie żyjące na setkach tysięcy małży w tym punkcie.

Ale gen hupL, o którym mowa, nie jest ograniczony tylko do tych małży. Jest on bowiem dzielony przez wiele bakterii, żyjących w symbiozie z innymi organizmami (krewetki, robaki) z tej oazy, nawet w innych źródłach bogatych, lub znacznie bardziej bogatych, w siarkę.

Zdolność do posługiwania się wodorem zdaje się więc być cechą dość powszechną w tych ekstremalych środowiskach życia. Logiczne, jeśli wiemy, że ta reakcja względnie prosta, jest bardzo opłacalna. Dostarcza ona bakterii siedem razy więcej energii niż oksydacja metanu oraz osiemnaście razy więcej energii niż siarka.

Badacze starali lepiej zrozumieć funkcjonowanie ekosystemów wokół źródeł hydrotermalnych, ale ich odkrycie i identyfikacja genu, o którym mowa, może mieć również inny sens. Wraz z rozwojem energii odnawialnych oraz technologii posługujących się wodorem jako rezerwą energii, znajomość cyklu oraz użycia tego gazu jest bardzo mile widziana i wkrótce z pewnością zostanie wykorzystana.