จุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในน้ำพุร้อนที่มีสีสันสดใสของอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตนใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงเป็นหลักการค้นพบมหาวิทยาลัยโคโลราโดที่โบลเดอร์นักวิจัยกล่าวว่าเป็นลางบอกเหตุที่ดีสำหรับชีวิตในสภาพแวดล้อมสุดขั้วบนดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ
ทีมนักชีววิทยา CU-Boulder นำโดยศาสตราจารย์ Norman Pace ผู้เชี่ยวชาญด้านวิวัฒนาการโมเลกุลและจุลชีววิทยาชั้นนำของโลกตีพิมพ์รายงานของพวกเขา“ ไฮโดรเจนและพลังงานชีวภาพในระบบความร้อนใต้พิภพเยลโลว์สโตน” ในสัปดาห์นี้ในงานพิมพ์แห่งชาติออนไลน์ สถาบันวิทยาศาสตร์
การค้นพบของทีมซึ่งอิงจากการวิจัยเป็นเวลาหลายปีที่สวนสาธารณะปฏิเสธแนวคิดยอดนิยมที่ว่ากำมะถันเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ที่อาศัยอยู่ในคุณสมบัติทางความร้อน
“ มันแปลกใจที่พบว่าไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับจุลินทรีย์ในน้ำพุร้อน” Pace กล่าว “ โครงการนี้น่าสนใจในบริบทของจุลชีววิทยาเพราะเป็นหนึ่งในไม่กี่ครั้งที่เราสามารถศึกษาจุลินทรีย์เพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับระบบนิเวศทั้งหมด ไม่เคยเป็นไปได้มาก่อน”
การศึกษาได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อกำหนดแหล่งพลังงานเมตาบอลิกหลักที่ขับเคลื่อนชุมชนจุลินทรีย์ในลักษณะอุทยานที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 158 องศาฟาเรนไฮต์ การสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ทราบว่าเกิดขึ้นเหนืออุณหภูมินั้น
การรวมกันของสามปมที่แตกต่างกันทำให้นักวิจัยสรุปได้ว่าไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานหลัก การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมของจุลินทรีย์หลากหลายชนิดที่อาศัยอยู่ในชุมชนน้ำพุร้อนเปิดเผยว่าพวกเขาทุกคนชอบไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงาน พวกเขายังพบ H2 ที่แพร่หลายในน้ำพุร้อนทุกแห่งที่มีความเข้มข้นเพียงพอสำหรับพลังงานชีวภาพจากจุลินทรีย์ แบบจำลองอุณหพลศาสตร์ตามข้อมูลภาคสนามยืนยันว่าเมแทบอลิซึมของไฮโดรเจนเป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่เป็นไปได้มากที่สุดในสภาพแวดล้อมเหล่านี้
“ งานนี้นำเสนอคำถามที่เกี่ยวข้องที่น่าสนใจ” จอห์นสเปียร์ผู้เขียนรายงานกล่าว “ ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในจักรวาล ถ้ามีชีวิตอยู่ที่อื่นก็อาจเป็นได้ว่าไฮโดรเจนนั้นเป็นเชื้อเพลิงของมัน” หอกกล่าว “ เราเคยเห็นหลักฐานของน้ำบนดาวอังคารและเรารู้ว่าบนโลกไฮโดรเจนสามารถผลิตชีวภาพโดยการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหมักหรือไม่ใช้สารชีวภาพโดยน้ำที่ทำปฏิกิริยากับหินที่มีธาตุเหล็ก เป็นไปได้ว่ากระบวนการที่ไม่ใช้สารชีวภาพก่อให้เกิดไฮโดรเจนบนดาวอังคารและรูปแบบจุลินทรีย์บางอย่างสามารถใช้สิ่งนั้นได้” เขากล่าว
มีตัวอย่างมากมายของแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นในร่างกายมนุษย์โดยใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงตาม Spear “ การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่าแบคทีเรีย Helicobacter pylori ซึ่งทำให้เกิดแผลมีชีวิตอยู่กับไฮโดรเจนในกระเพาะอาหาร” Spear กล่าว “ Salmonella เผาผลาญไฮโดรเจนในลำไส้ มันทำให้ฉันสงสัยว่ามีจุลินทรีย์หลายชนิดที่แตกต่างกันออกไปในการเผาผลาญไฮโดรเจนในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง”
แทนที่จะอาศัยเทคนิคแบบดั้งเดิมของจุลชีววิทยาที่ใช้ประโยชน์จากวัฒนธรรมที่ปลูกในห้องทดลองทีม CU-Boulder ใช้วิธีการที่พัฒนาโดย Pace เพื่อวิเคราะห์องค์ประกอบทางพันธุกรรมของชุมชนจุลินทรีย์ที่ปรากฏในสนาม “ เราไม่ได้ดูสิ่งที่เติบโตในจานวัฒนธรรมเรามองไปที่ RNA ของตัวอย่างโดยตรงจากสนาม” หอกกล่าว
“ เราไม่เคยรู้มาก่อนว่าจุลินทรีย์อาศัยอยู่ในบ่อน้ำร้อนเยลโลว์สโตนและตอนนี้เราทำแล้ว” เพซกล่าว
มีการใช้ชุดเครื่องมือใหม่เพื่อรวบรวมข้อมูลซึ่งบางชุดไม่เคยมีมาก่อน “ ไม่มีใครตรวจวัดความเข้มข้นของไฮโดรเจนในน้ำพุร้อนมาก่อนเพราะเทคโนโลยีไม่มีอยู่จนกระทั่งประมาณเจ็ดปีที่แล้ว ตอนนี้เราสามารถตรวจจับไฮโดรเจนในน้ำในระดับต่ำมากได้ "หอกอธิบาย
“ เราพบไฮโดรเจนจำนวนมากในน้ำพุร้อน - เป็นแหล่งแบคทีเรียที่ไม่สิ้นสุด” เขากล่าว การวัดปริมาณของ H2 ในน้ำจะถูกบันทึกในน้ำพุร้อนเยลโลว์สโตน, ลำธารและช่องระบายความร้อนใต้พิภพในส่วนต่างๆของสวนสาธารณะและในช่วงฤดูกาลที่แตกต่างกัน สภาพแวดล้อมทั้งหมดมีความเข้มข้นที่เหมาะสมสำหรับการเผาผลาญพลังงาน
ทีมใช้โมเดลทางอุณหพลศาสตร์ที่สร้างด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อตรวจสอบว่าไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานหลักหรือไม่ “ คุณสามารถดมกลิ่นซัลไฟด์ในอากาศที่เยลโลว์สโตนและแนวคิดที่ยอมรับได้คือซัลเฟอร์เป็นแหล่งพลังงานสำหรับชีวิตในน้ำพุร้อน” สเปียร์กล่าว ไม่เช่นนั้นตามแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของทีมที่สร้างจากการวัดไฮโดรเจนไฮโดรเจนซัลไฟด์ความเข้มข้นของออกซิเจนละลายและปัจจัยอื่น ๆ
หอกกล่าวว่าเป็นการยากที่จะสำรวจระบบนิเวศของจุลินทรีย์ “ เรามีเวลามากพอที่จะอธิบายสิ่งที่กำลังเกิดขึ้นในป่าเช่นกับระบบการพัวพันทั้งหมด เราไม่เห็นแม้แต่ระบบจุลินทรีย์”
การสกัดตัวอย่างเป็นงานที่อันตรายและละเอียดอ่อน เพื่อที่จะวิเคราะห์ชุมชนจุลินทรีย์ทั้งน้ำพุร้อนอย่างแม่นยำหอกจำเป็นต้องรวบรวมวัสดุเพียงเท่ายางลบยางลบเท่านั้น ตัวอย่างตะกอนถูกเก็บไว้ในขวดตัวอย่างพิเศษและแช่แข็งทันทีในถังไนโตรเจนเหลวเพื่อรักษาชุมชนจุลินทรีย์
ในน้ำพุที่ไม่มีตะกอนหอกเก็บตัวอย่างของสิ่งมีชีวิตในแพลงก์ตอนด้วยการแขวนแผ่นแก้วในน้ำและปล่อยให้จุลินทรีย์สะสม “ แบคทีเรียก็เหมือนเรา พวกเขาชอบที่จะอยู่ด้วยกันพวกเขาชอบที่จะยึดติดกับพื้นผิวและพวกเขาต้องการที่จะมีอาหารของพวกเขา - ไฮโดรเจนละลายในกรณีนี้ - นำมาให้พวกเขา "
หอกอธิบายว่าสีของน้ำพุร้อนเป็นผลมาจากการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างแร่ธาตุและจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในสระน้ำ น้ำร้อนมักแสดงสีจากแร่ธาตุและน้ำที่เย็นกว่าจะเป็นสีของแสงสังเคราะห์
“ จากสิ่งที่ฉันเห็นในการวิเคราะห์นี้ฉันคิดว่าไฮโดรเจนน่าจะเป็นตัวขับเคลื่อนสิ่งมีชีวิตจำนวนมากในสภาพแวดล้อมมากมาย” สเปียร์กล่าว “ เป็นการเก็งกำไรส่วนหนึ่ง แต่จากจำนวนและชนิดของแบคทีเรียที่เผาผลาญไฮโดรเจนมันอาจเป็นรูปแบบการเผาผลาญที่เก่าแก่มาก
นั่นสำคัญเพราะมันบอกเราเกี่ยวกับประวัติชีวิตบนโลก "เขากล่าว “ และถ้ามันใช้วิธีนี้กับโลกมันก็น่าจะเกิดขึ้นที่อื่น เมื่อคุณมองดูดาวมันมีไฮโดรเจนมากมายในเอกภพ”
แหล่งต้นฉบับ: ข่าว UCB
