Μελέτη σε μικροοργανισμούς σχετικούς με το περιβάλλον δείχνει μεγαλύτερη ποικιλομορφία από ό,τι είχε προηγουμένως υποτεθεί.
Μια ομάδα ερευνητών έχει δείξει ότι υπάρχει μια απίστευτα υψηλή βιοποικιλότητα μικροοργανισμών που σχετίζονται με το περιβάλλον στη φύση. Αυτή η ποικιλομορφία είναι τουλάχιστον 4,5 φορές μεγαλύτερη από ό,τι ήταν γνωστό στο παρελθόν. Οι ερευνητές δημοσίευσαν πρόσφατα τα ευρήματά τους σε έγκριτα περιοδικά Επικοινωνίες για τη φύση και FEMS Microbiology Reviews.
Ο κρυμμένος κόσμος των μικροοργανισμών συχνά παραβλέπεται, παρόλο που πολλές διαδικασίες που σχετίζονται με το κλίμα επηρεάζονται από μικροοργανισμούς, που συχνά συνδέονται με μια απίστευτη ποικιλία είδος εντός των ομάδων των βακτηρίων και των αρχαίων («πρωτόγονα βακτήρια»). Για παράδειγμα, οι μικροοργανισμοί που μειώνουν τα θειικά μετατρέπουν το ένα τρίτο του οργανικού άνθρακα στα θαλάσσια ιζήματα σε διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό παράγει τοξικό υδρόθειο. Από τη θετική πλευρά, οι μικροοργανισμοί που οξειδώνουν το θείο το χρησιμοποιούν γρήγορα ως πηγή ενέργειας και το καθιστούν ακίνδυνο.
«Αυτές οι διεργασίες παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο σε λίμνες, βάλτους, ακόμη και στο ανθρώπινο έντερο για να διατηρήσουν τη φύση και την υγεία σε ισορροπία», λέει ο καθηγητής Michael Pester, Επικεφαλής του Τμήματος Μικροοργανισμών στο Ινστιτούτο Leibniz DSMZ και καθηγητής στο Ινστιτούτο. Μικροβιολογίας στο Technische Universität Braunschweig. Μια μελέτη εξέτασε τον μεταβολισμό ενός από αυτούς τους νέους μικροοργανισμούς με περισσότερες λεπτομέρειες, αποκαλύπτοντας μια πολυλειτουργικότητα που προηγουμένως ήταν ανέφικτη.
Διαβάστε επίσης: Νέα μελέτη ανατρέπει την καθιερωμένη κατανόηση των συνειρμικών πολυμερών
Η κρίσιμη ισορροπία του κύκλου του θείου
Ο κύκλος του θείου είναι ένας από τους σημαντικότερους και παλαιότερους βιογεωχημικούς κύκλους στον πλανήτη μας. Ταυτόχρονα, είναι στενά συνδεδεμένο με τους κύκλους άνθρακα και αζώτου, υπογραμμίζοντας τη σημασία του. Οφείλεται κυρίως σε μικροοργανισμούς που μειώνουν τα θειικά και οξειδώνουν το θείο. Σε παγκόσμια κλίμακα, οι μειωτήρες θειικών μετατρέπουν περίπου το ένα τρίτο του οργανικού άνθρακα που φτάνει στον πυθμένα της θάλασσας κάθε χρόνο. Σε αντάλλαγμα, τα οξειδωτικά θείου καταναλώνουν περίπου το ένα τέταρτο του οξυγόνου στα θαλάσσια ιζήματα.
Όταν αυτά τα οικοσυστήματα γίνονται ανισορροπημένα, οι δραστηριότητες αυτών των μικροοργανισμών μπορούν γρήγορα να οδηγήσουν σε εξάντληση του οξυγόνου και στη συσσώρευση τοξικού υδρόθειου. Αυτό οδηγεί στο σχηματισμό «νεκρών ζωνών» όπου τα ζώα και τα φυτά δεν μπορούν πλέον να επιβιώσουν. Αυτό δεν προκαλεί μόνο οικονομική ζημιά, για παράδειγμα στην αλιεία, αλλά και κοινωνική ζημιά μέσω της καταστροφής σημαντικών τοπικών περιοχών αναψυχής. Είναι επομένως σημαντικό να κατανοήσουμε ποιοι μικροοργανισμοί κρατούν τον κύκλο του θείου σε ισορροπία και πώς το κάνουν αυτό.
Τα δημοσιευμένα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ποικιλία ειδών των μικροοργανισμών που μειώνουν τα θειικά περιλαμβάνει τουλάχιστον 27 φυλές (στελέχη). Προηγουμένως, μόνο έξι φυλές ήταν γνωστές. Συγκριτικά, 40 φυλές είναι σήμερα γνωστές στο ζωικό βασίλειο, με σπονδυλωτά ανήκει σε ένα μόνο φυλό, τα Χορδάτα.
Πολυλειτουργικά είδη βακτηρίων που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα
Οι ερευνητές μπόρεσαν να αναθέσουν έναν από αυτούς τους νέους «αναγωγείς θειικών» στο ελάχιστα ερευνημένο γένος των οξοβακτηριδίων και να το μελετήσουν σε έναν βιοαντιδραστήρα.
Χρησιμοποιώντας μεθόδους αιχμής από την περιβαλλοντική μικροβιολογία, μπόρεσαν να δείξουν ότι αυτά τα βακτήρια μπορούν να λάβουν ενέργεια τόσο από τη μείωση των θειικών όσο και από την αναπνοή οξυγόνου. Αυτά τα δύο μονοπάτια είναι συνήθως αμοιβαία αποκλειόμενα σε όλους τους γνωστούς μικροοργανισμούς. Ταυτόχρονα, οι ερευνητές μπόρεσαν να δείξουν ότι τα οξέα βακτηρίδια που μειώνουν τα θειικά μπορούν να διασπάσουν σύνθετους φυτικούς υδατάνθρακες όπως η πηκτίνη – μια άλλη άγνωστη προηγουμένως ιδιότητα των «μειωτών θειικών».
Έτσι, οι ερευνητές ανέτρεψαν τη γνώση των σχολικών βιβλίων. Δείχνουν ότι οι σύνθετες φυτικές ενώσεις μπορούν να αποικοδομηθούν υπό αποκλεισμό οξυγόνου όχι μόνο από τη συντονισμένη αλληλεπίδραση διαφορετικών μικροοργανισμών, όπως πιστεύαμε προηγουμένως, αλλά και από ένα μεμονωμένο βακτηριακό είδος μέσω μιας συντόμευσης.
Ένα άλλο νέο εύρημα είναι ότι αυτά τα βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιήσουν τόσο θειικό όσο και οξυγόνο για το σκοπό αυτό. Ερευνητές στο DSMZ και στο Technische Universität Braunschweig διερευνούν επί του παρόντος πώς τα νέα ευρήματα επηρεάζουν την αλληλεπίδραση των κύκλων άνθρακα και θείου και πώς συνδέονται με διαδικασίες που σχετίζονται με το κλίμα.
Βιβλιογραφικές αναφορές:
«Αναπνοή οξυγόνου και αποικοδόμηση πολυσακχαριτών από ένα οξεοβακτήριο που μειώνει τα θειικά» από τους Stefan Dyksma και Michael Pester, 10 Οκτωβρίου 2023, Επικοινωνίες για τη φύση.
DOI: 10.1038/s41467-023-42074-z
«Παγκόσμια ποικιλότητα και συναγόμενη οικοφυσιολογία των μικροοργανισμών με τη δυνατότητα για ανομοιογενή αναγωγή θειικών/θειωδών» από τους Muhe Diao, Stefan Dyksma, Elif Koeksoy, David Kamanda Ngugi, Karthik Anantharaman, Alexander Loy και Michael Pester, 05 Οκτωβρίου 2023, FEMS Microbiology Reviews.
DOI: 10.1093/femsre/fuad058
Διαβάστε επίσης:
Νέο παγκόσμιο χρωματικό μωσαϊκό Mars Express της ESA
5.000 νέα στην επιστήμη ζώα βαθέων υδάτων βρέθηκαν στα αρχεία των ωκεανών
