Sekiranya, sebagai akibat dari bencana global, tidak ada oksigen yang tersisa di atmosfer Bumi, maka salah satu daripada beberapa organisma yang masih hidup adalah Escherichia coli. Kad truf utamanya adalah keupayaan untuk menghirup apa sahaja dan di mana sahaja: di permukaan, tanah, di perut manusia dan tidak semestinya oksigen. Bersama dengan E. coli, beberapa ratus spesies makhluk purba akan tetap ada di planet ini, mampu menghirup belerang, besi, uranium dan juga arsenik.
Udara beracun
Pada tahun 2010, Felisa Wolf-Simon, seorang penyelidik di Jabatan Astrobiologi NASA, ketika mengkaji Tasik Mono California yang masin, menemui bakteria yang tidak biasa. Mereka tinggal di air, di mana kepekatan alkali melebihi 80 kali penunjuk yang sesuai di lautan. Mikroba menggunakan arsenik untuk pernafasan, racun bagi kebanyakan organisma hidup.
Di makmal, penemuan, yang disebut "strain GFAJ-1", diletakkan dalam larutan nutrien dengan kandungan gula dan vitamin yang normal, tetapi sama sekali tidak mengandungi fosfat - sebatian di mana fosfor berasal dari alam sekitar. Sebaliknya, mikroorganisma ditanam dengan arsenat (sebatian arsenik).
Ternyata dalam lingkungan bebas fosfor, bakteria tidak hanya menghirup arsenik, tetapi juga tahu bagaimana memasukkannya ke dalam molekul DNA dan RNA dan bukannya fosfor. Dari segi sifat kimia, unsur-unsur ini serupa - enzim dalam sel mungkin tidak membezakan fosfat dari arsenat, dan ini sering berlaku. Benar, penggantian seperti ini biasanya berakhir dengan kematian dan pembasmian bakteria, tetapi tidak berlaku pada strain GFAJ-1.
Mikroorganisma anaerobik (yang tidak memerlukan oksigen seumur hidup atau mematikan. - Ed.) Dapat mengurangkan arsenik, menggunakannya sebagai pernafasan sebagai penerima elektron. Juga, anaerob mampu menghirup sulfat, besi, mangan, uranium, selenium, nitrat. Kami hanya bercakap mengenai mikroba yang tidak mempunyai nukleus formal - prokariota, termasuk bakteria dan archaea. Terdapat kulat yang tumbuh secara anaerob, tetapi ini jarang berlaku, dan di antara eukariota (organisma dengan nukleus yang terbentuk) ini adalah pengecualian daripada peraturan,”kata Olga Karnachuk, ketua Jabatan Fisiologi dan Bioteknologi Tumbuhan di Institut Biologi Universiti Tomsk, kepada RIA Novosti.
Di sebelah kiri - Felisa Wolf-Simon, yang menemui mikroorganisma yang menggunakan fosfor sebagai bahan binaan sel. Di sebelah kanan - bakteria ketegangan GFAJ-1 dalam larutan nutrien yang mengandungi vitamin, gula dan arsenat.
Video promosi:
Kuno dan kuat
Lebih dari tiga bilion tahun yang lalu, organisma hidup pertama di Bumi memakan molekul hidrogen dan sulfur.
Nafas anaerob yang paling kuno adalah nafas belerang. Sulfur, seperti hidrogen molekul, berasal dari gunung berapi. Metabolisme jenis ini digunakan ketika semua kehidupan hanya terdiri dari bakteria dan archaea,”kata Olga Karnachuk.
Dengan munculnya cyanobacteria, yang produk metaboliknya adalah oksigen, komposisi atmosfer bumi mulai berubah secara beransur-ansur. Kira-kira 850-600 juta tahun yang lalu, sudah ada banyak O2 di udara. Bagi mikroorganisma kuno, ini bermaksud bencana - oksigen beracun bagi mereka seperti gas klorin bagi manusia. Oleh itu, ada yang mati, yang lain (yang disebut anaerob wajib) melarikan diri ke tempat-tempat anoksik - misalnya, di bawah tanah. Ada juga yang berjaya menyesuaikan diri dan belajar meneutralkan gas toksik.
Dari masa ke masa, beberapa mikroorganisma "difahami": oksigen adalah akseptor elektron yang kuat dan dengan mengoksidakan molekul organik dengannya, anda dapat memperoleh banyak tenaga yang diperlukan untuk hidup. Ini bermaksud bahawa ukuran sel meningkat, oleh itu, lebih banyak DNA diletakkan di dalamnya, dan strukturnya menjadi lebih kompleks - ini adalah bagaimana ada peluang untuk menjadi multiselular.
Haiwan yang tidak dapat bernafas
Tumbuhan, haiwan, manusia - setiap orang menghirup oksigen. Ini adalah cara paling berkesan untuk mendapatkan tenaga, oleh itu, ketika pernafasan aerobik muncul, prospek terbuka bagi organisma hidup untuk membentuk bentuk yang lebih tinggi, termasuk manusia. Mikrob anaerob juga mampu berkembang, tetapi ke arah yang berbeza. Ramai di antara mereka mengambil jalan menggabungkan dua jenis pernafasan. Contohnya, E. coli (Escherichia coli) menghirup oksigen, dan ketika memasuki tubuh manusia (dalam persekitaran anaerob) - nitrat. Sekiranya keadaan benar-benar buruk, bakteria tidak dapat bernafas sama sekali, ia mengembara - ini adalah jenis metabolisme yang sama sekali berbeza. Hampir tidak ada oportunis seperti itu di antara bentuk yang lebih tinggi,”kata pakar itu.
Namun, ada satu pengecualian - tikus tahi lalat. Mamalia ini, yang hidup di liang bawah tanah, memakan masa berjam-jam dengan tahap oksigen yang sangat rendah, dan tanpa udara akan berlangsung selama 18 minit (untuk perbandingan: kematian otak manusia berlaku secara purata setelah lima minit di persekitaran bebas oksigen).
Apabila terdapat sedikit O2 di udara, tikus tahi lalat beralih ke pemecahan fruktosa anaerob - kerana hakikat bahawa saluran GLUT5, yang bertanggungjawab untuk melepaskan fruktosa ke dalam darah, disintesis dalam tisu yang berbeza. Pada mamalia lain, mereka dihasilkan hanya dalam usus.
Tikus tahi lalat telanjang - satu-satunya mamalia yang mampu memecah fruktosa anaerob.
Untuk menolong seseorang
"Ada banyak organisma di Bumi yang dapat melakukan tanpa oksigen, kerana keadaan anaerobik mudah diciptakan - misalnya, di pot bunga, timbunan kompos atau sedimen pesisir, bahkan di dalam tubuh kita sendiri," lanjut penyelidik.
Walaupun beberapa anaerob menyebabkan jangkitan serius ketika ditembak atau ditikam, kebanyakan memberi manfaat kepada manusia. Sebagai contoh, saintis dari University of California di San Diego mengajar bakteria Salmonella enterica untuk memusnahkan tumor barah: beberapa salmonella mensintesis toksin yang membuat lubang pada sel membran sel, yang kedua adalah protein khas yang mengaktifkan sistem imun, dan yang lain menghasilkan molekul yang mencetuskan program pemusnahan diri pada sel barah.
Methanogenic archaea digunakan dalam pengeluaran biogas dari sisa isi rumah biasa, dan kumpulan pengurangan sulfat dapat membersihkan air sisa dari pencemaran.
Hari ini, banyak lombong ditutup kerana kepekatan sulfat yang tinggi. Apabila arang batu ditambang, sejumlah besar air buangan dihasilkan, yang setelah pembersihan mengalir ke sungai. Sekiranya sulfat tidak dibuang, ikan dan biota akuatik lain boleh dibunuh pada musim sejuk. Kami membersihkan air buangan dari sebatian berbahaya ini menggunakan mikroorganisma yang ditanam di makmal kami. Kami mewujudkan keadaan di lombong supaya pernafasan sulfat dapat dilakukan di sana dan semua sulfat dikeluarkan dengan bantuan bakteria. Teknologi ini sudah digunakan dalam praktik di UK, Amerika Syarikat, Jerman. Kami sekarang hanya mencipta bioteknologi yang dapat berfungsi dalam keadaan iklim Rusia dengan suhu tahunan rata-rata yang rendah,”pakar menyimpulkan.
Alfiya Enikeeva
