Ancient Life Form Breathes Rocket Fuel-Ingrediënt

{h1}

Een oude levensvorm, een soort archaea, kan het raketbrandstofbestanddeel perchloraat gebruiken voor energie, en werpt licht op het vroege leven op aarde.

Een oude vorm van leven kan een ingrediënt in raketbrandstof gebruiken voor energie, wat suggereert dat wezens met dit vreemde vermogen meer divers zijn dan iedereen dacht.

De nieuwe ontdekking zou inzicht kunnen bieden in de geschiedenis van het leven op de vroege aarde en de evolutie van metabolismes zoals die van ons die reactieve chemicaliën zoals zuurstof gebruiken.

Called Archaeoglobus fulgidus, tegenwoordig leeft de microbe in extreme omgevingen, zoals extreem warme hydrothermale ventilatieopeningen. Het is een lid van de Archaea, een van de drie domeinen van het leven. (De andere domeinen zijn bacteriën of prokaryoten en wezens met cellen die kernen of eukaryoten hebben, waaronder mensen en ander meercellig leven.) Archeanen zijn enkele van de oudste levensvormen op aarde, waarvan wordt aangenomen dat ze ten minste 2,7 miljard jaar oud zijn geleden - en ze zijn mogelijk veel ouder dan dat. Ze leven vaak in omgevingen die geen zuurstof bevatten of die op een andere manier onherbergzaam zijn voor vele andere levende wezens.

Een groep Nederlandse onderzoekers vond dat A. fulgidus metaboliseert perchloraat, een chlooratoom verbonden met vier zuurstofatomen. Bovendien doet de microbe dat op een andere manier dan bekende Archaea of ​​bacteriën - A. fulgidus mist een van de enzymen die andere bacteriën gebruiken om perchloraat af te breken. [In foto's: Archaea Turn Great Salt Lake Pink]

Toxische aarde

In combinatie met kalium wordt perchloraat gebruikt als een ingrediënt in vuurwerk en, in combinatie met ammonium, als een ingrediënt in raketbrandstof. Maar het komt ook van nature voor, in woestijnen zoals de Atacama in Chili, en kan op de vroege Aarde en zelfs op Mars overvloediger zijn geweest. Onlangs vond de Curiosity Rover mogelijk bewijs van perchloraten in Rocknest - een stukje zand in de Gale Crater van Mars - wat erop wijst dat de compound overal op de Rode Planeet kan voorkomen.

Sinds A. fulgidus is een vroeg-aardeorganisme, de onderzoekers vermoeden dat perchloraat toen ook rond was en dat het vermogen om het te metaboliseren onderdeel was van een aanpassing aan allerlei zeer giftige chemicaliën, waarvan er veel oxidatiemiddelen zijn. Een oxidatiemiddel neemt elektronen weg van andere moleculen. Dergelijke chemicaliën hebben de neiging tamelijk toxisch te zijn voor veel microben, omdat ze hun metabolisme of celwanden verstoren.

"Het gebruik van perchloraat door vroege voorouderlijke microben zou dus een van de eerste vermeldingen kunnen zijn van zeer oxidatieve verbindingen in het microbiële metabolisme, waarschijnlijk zelfs voordat de fotosynthese zich ontwikkelde," zei Martin Liebensteiner, een promovendus aan het Wageningen University Laboratory of Microbiology in the Nederland en hoofdauteur van de studie, deze week gedetailleerd beschreven in het tijdschrift Science.

Zuurstof is een andere oxidator (vandaar de naam), en een zeer reactieve. Voordat planten zich ontwikkelden, was er geen enkele in de atmosfeer. Sterker nog, zuurstof is zo reactief dat het sommige soorten van het Archaïsche leven en vele bacteriën kan doden. Levende dingen moesten zich aanpassen aan het gebruik van dergelijke chemicaliën, of niets anders zou zijn overgebleven als de voorouders van planten, cyanobacteriën, begonnen massaal zuurstof in de lucht te dumpen. De mitochondriën van mensen zijn de erfenis van die aanpassing, waarbij het gebruik van zuurstof-gebruikende cellen werd opgenomen in andere levensvormen, waardoor ze de nieuwe atmosfeer konden verdragen. De bevindingen hier kunnen wijzen op andere strategieën voor het gebruik van oxiderende chemicaliën die er waren voordat dat gebeurde.

De perchloraatetende manieren van Microbe

Andere bacteriën die kunnen ademen en perchloraten eten, maken gebruik van een tweestapsproces met gespecialiseerde enzymen die perchloraat veranderen in chloriet - dat twee, in plaats van vier, zuurstofatomen heeft - en vervolgens het chloriet scheiden in chloor en zuurstof.

A. fulgidus doet dat niet, vonden Liebensteiner en zijn collega's. Terwijl het een enzym gebruikt dat vergelijkbaar is met dat van bekende bacteriën om de eerste stap uit te voeren, heeft het niet het enzym dat het chloriet afbreekt. In plaats daarvan, A. fulgidusHet metabolisme maakt gebruik van zwavelverbindingen, sulfiden genaamd, in een reactie die niet door enig enzym wordt gereguleerd, maar die van nature tussen de twee sets chemicaliën plaatsvindt.

De sulfiden (negatief geladen zwavelatomen) reageren met het chloriet om sterk geoxideerde zwavelverbindingen, zoals sulfaat en chloor, te maken door de zuurstof van het chloor te scheiden en zuurstofatomen aan het sulfide toe te voegen.

Dit heeft een toegevoegde bonus voor het kleine schepsel: het kan energie genereren door de zwavelverbindingen te gebruiken, en het gebruik van die energie maakt meer sulfide. Naarmate het sulfide "gerecycled" wordt, kan het reageren met meer chlorietmoleculen die vrijkomen uit de reactie en die het perchloraat breken.

"Het lijkt alsof A. fulgidus vertrouwt op de interactie van deze abiotische en biotische reacties om te groeien met perchloraat, "schreef Liebensteiner in een e-mail aan WordsSideKick.com.

Een ander kenmerk van A. fulgidus is dat het leeft in hete, hogedrukomgevingen zonder zuurstof. Het wezen werd ontdekt in een onderwater vulkaanuitlaat en is gelukkig bij temperaturen rond het kookpunt van water, tussen 140 en 203 graden Fahrenheit (60 tot 95 graden Celsius). Dat lijkt veel op de omstandigheden op aarde, meer dan 2,5 miljard jaar geleden, toen de atmosfeer van de planeet geen zuurstof had omdat planten nog niet waren geëvolueerd. Bovendien was de vulkanische activiteit veel intenser. [De 7 moeilijkste omgevingen op aarde]

Robert Nerenberg, een universitair hoofddocent milieutechniek die perchloraatmetaboliserende bacteriën heeft bestudeerd, merkte dat op A. fulgidus alleen metaboliseert perchloraat wanneer het zich in een omgeving bevindt waar alleen zwavel aanwezig is. Het onderzoeksteam deed dat om zuurstof uit de omgeving te verwijderen, maar het interessante, zei Nerenberg, is dat in de aanwezigheid van chloraten de bacteriën die metaboliseren in plaats van perchloraten. (Chloraat is perchloraat met één minder zuurstofatoom). Zo A. fulgidus'"voorkeur" is mogelijk niet voor perchloraat.

De vraag, zei hij, is waarom elk wezen - bacterie of archaïsch - na miljarden jaren nog steeds in staat zou zijn om perchloraat te metaboliseren, terwijl dat misschien niet nodig is. "Gewoonlijk stoppen bepaalde genen na een tijdje gewoon met werken als er geen selectieve druk voor hen is," zei hij. "Er moet een voordeel zijn." Wat dat is, is echter een beetje een mysterie.

Liebensteiner zei dat hij niet te veel wilde speculeren over wat dit betekent voor de evolutie miljarden jaren geleden, omdat het bewijs nog niet voldoende is. Andere wetenschappers, zo merkte hij op, hebben aangetoond dat op plaatsen waar perchloraten van nature vormen, zoals woestijnen, perchloraat de neiging heeft te accumuleren omdat perchloraat relatief stabiel is (dwz afwezig is de werking van het enzym in bacteriën en archaeanen, het reageert niet met alles zonder veel warmte toe te voegen). Maar het is niet blijven hangen.

"Dat is het punt waarop mensen beginnen te denken dat vanwege bacteriële activiteit [het perchloraat] zich niet ophoopt," zei Liebensteiner.

En het feit dat A. fulgidus heeft een route voor het afbreken van perchloraat dat vergelijkbaar is met bekende bacteriën, maar zonder één enzym suggereert dat er op zijn minst verschillende manieren zijn om perchloraatmetabolisme te ontwikkelen - ofwel spontaan of via genoverdracht, wat kan voorkomen bij eencellige levensvormen.

Er is meer werk nodig om te zien of ditzelfde soort metabolisme voorkomt in andere Archaeanen, en zelfs in bacteriën. "Het betekent absoluut dat [A. fulgidus] is waarschijnlijk diverser dan mensen dachten, "zei hij.

Volg ons @wordssidekick, Facebook & Google+. Oorspronkelijk artikel op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Primitive Technology: Forge Blower.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com