I microbi che vivono nelle sorgenti calde dai colori brillanti del Parco Nazionale di Yellowstone usano principalmente idrogeno come combustibile, una scoperta dell'Università del Colorado a Boulder, i ricercatori affermano che promette bene per la vita in ambienti estremi su altri pianeti e potrebbe aumentare la comprensione dei batteri all'interno del corpo umano.
Un team di biologi CU-Boulder guidati dal professor Norman Pace, uno dei massimi esperti mondiali di evoluzione molecolare e microbiologia, ha pubblicato il suo rapporto "Idrogeno e bioenergetica nel sistema geotermico di Yellowstone" questa settimana nell'edizione online del Proceedings of the National Accademia delle scienze.
Le scoperte del team, basate su diversi anni di ricerca nel parco, confutano l'idea popolare che lo zolfo è la principale fonte di energia per i piccoli organismi che vivono con caratteristiche termiche.
"È stata una sorpresa scoprire che l'idrogeno era la principale fonte di energia per i microbi nelle sorgenti calde", ha detto Pace. "Questo progetto è interessante anche nel contesto della microbiologia perché è una delle poche volte in cui siamo stati in grado di studiare i microbi per ottenere informazioni su un intero ecosistema. Non è mai stato possibile prima. "
Lo studio è stato progettato specificamente per determinare la principale fonte di energia metabolica che guida le comunità microbiche nelle caratteristiche del parco con temperature superiori a 158 gradi Fahrenheit. Non è noto che la fotosintesi si verifichi al di sopra di quella temperatura.
Una combinazione di tre diversi indizi ha portato i ricercatori a concludere che l'idrogeno era la principale fonte di energia. L'analisi genetica delle varietà di microbi che vivono nelle comunità delle sorgenti termali ha rivelato che tutti preferiscono l'idrogeno come fonte di energia. Hanno anche osservato l'onnipresente H2 in tutte le sorgenti calde a concentrazioni sufficienti per la bioenergetica microbica. I modelli termodinamici basati su dati sul campo hanno confermato che il metabolismo dell'idrogeno era la fonte di combustibile più probabile in questi ambienti.
"Questo lavoro presenta alcune interessanti domande associate", ha dichiarato John Spear, autore principale del rapporto. “L'idrogeno è l'elemento più abbondante nell'universo. Se c'è vita altrove, potrebbe essere che l'idrogeno sia il suo combustibile ”, ha detto Spear. "Abbiamo visto prove di acqua su Marte e sappiamo che sulla Terra, l'idrogeno può essere prodotto biogeneticamente dalla fotosintesi e dalla fermentazione o non biogeneticamente dall'acqua che reagisce con la roccia contenente ferro. È possibile che i processi non biogenici producano idrogeno su Marte e che una qualche forma di vita microbica possa usarlo ", ha detto.
Ci sono molti esempi di batteri che vivono in ambienti estremi - incluso il corpo umano - usando l'idrogeno come combustibile, secondo Spear. "Studi recenti hanno dimostrato che i batteri Helicobacter pylori, che causano ulcere, vivono sull'idrogeno all'interno dello stomaco", ha detto Spear. “La salmonella metabolizza l'idrogeno nell'intestino. Mi chiedo quanti diversi tipi di microbi là fuori stanno metabolizzando l'idrogeno in ambienti estremi. "
Invece di fare affidamento sulle tecniche tradizionali di microbiologia che utilizzano culture cresciute in laboratorio, il team CU-Boulder ha usato la metodologia sviluppata da Pace per analizzare geneticamente la composizione della comunità microbica così come appariva sul campo. "Non abbiamo esaminato ciò che cresce in un piatto di cultura, abbiamo esaminato l'RNA dei campioni direttamente dal campo", ha detto Spear.
"Non abbiamo mai saputo prima cosa vivessero i microbi nelle sorgenti calde di Yellowstone, e ora lo facciamo", ha detto Pace.
È stata utilizzata una nuova suite di strumenti per raccogliere dati, alcuni dei quali non erano mai stati raccolti in precedenza. "Nessuno aveva mai misurato la concentrazione di idrogeno nelle sorgenti termali perché la tecnologia non esisteva fino a circa sette anni fa. Ora siamo in grado di rilevare concentrazioni molto basse di idrogeno nell'acqua ”, ha spiegato Spear.
"Abbiamo trovato un sacco di idrogeno nelle sorgenti calde - una scorta infinita di batteri", ha detto. Le misurazioni della quantità di H2 nell'acqua sono state registrate nelle sorgenti calde, nei corsi d'acqua e nelle prese d'aria geotermiche di Yellowstone in diverse parti del parco e durante le diverse stagioni. Tutti gli ambienti avevano concentrazioni appropriate per il metabolismo energetico.
Il team ha utilizzato modelli termodinamici generati dal computer per scoprire se l'idrogeno fosse effettivamente la principale fonte di energia. "Puoi sentire l'odore di solfuro nell'aria a Yellowstone, e l'idea accettata era che lo zolfo fosse la fonte di energia per la vita nelle sorgenti calde", ha detto Spear. Non è così, secondo i modelli computerizzati del team basati su misurazioni sul campo di idrogeno, solfuro, concentrazione di ossigeno disciolto e altri fattori.
Spear ha detto che era difficile esplorare un ecosistema microbico. "Abbiamo difficoltà a spiegare cosa sta succedendo in una foresta, ad esempio, con tutti i sistemi di interlacciamento. Non possiamo nemmeno vedere un sistema microbico ".
L'estrazione del campione è stata un'operazione pericolosa e delicata. Per analizzare accuratamente l'intera comunità microbica di una sorgente di acqua calda, Spear doveva raccogliere solo la quantità di materiale di una gomma da matita. I campioni di sedimenti sono stati raccolti in fiale di campioni speciali e immediatamente congelati in contenitori di azoto liquido per preservare la comunità microbica.
Nelle sorgenti dove non c'erano sedimenti, Spear raccolse campioni di organismi planctonici appendendo un vetrino nell'acqua e permettendo ai microbi di accumularsi. “I batteri sono proprio come noi. A loro piace stare insieme, a loro piace essere attaccati a una superficie e a loro piace avere il loro cibo - l'idrogeno disciolto, in questo caso - portato a loro ”.
Spear ha spiegato che i colori delle sorgenti termali sono il risultato di interazioni tra minerali e microbi che vivono nelle piscine. L'acqua più calda di solito mostra i colori dei minerali e l'acqua più fredda ospita pigmenti fotosintetici.
"Sulla base di ciò che ho visto in questa analisi, penso che l'idrogeno probabilmente guidi molta vita in molti ambienti", ha detto Spear. "Fa parte della speculazione, ma dato il numero e il tipo di batteri che stanno metabolizzando l'idrogeno, è probabilmente una forma molto antica di metabolismo.
È importante perché ci racconta la storia della vita sulla Terra ", ha detto. "E se funziona così sulla Terra, è probabile che accada altrove. Quando guardi le stelle, c'è molto idrogeno nell'universo. ”
Fonte originale: Comunicato stampa UCB
