Poison Nil: Mono Lake Bacterium viser eksotisk arsenidrevet biologisk aktivitet


Livet som vi kjenner det er bemerkelsesverdig variert og adaptivt, slik at organismer kan få tilhold i noen av de mest utadvendt ugjestmilde steder på planeten. Men det har en tendens til å stole på et ryddig, forutsigbart utvalg av seks næringsstoffer, et beskjedent alfabet av grunnleggende biologi som gir mulighet for andre kombinasjoner som utgjør helt forskjellige typer biologisk aktivitet. Live

Livet som vi kjenner det er bemerkelsesverdig variert og adaptivt, slik at organismer kan få tilhold i noen av de mest utadvendt ugjestmilde steder på planeten. Men det har en tendens til å stole på et ryddig, forutsigbart utvalg av seks næringsstoffer, et beskjedent alfabet av grunnleggende biologi som gir mulighet for andre kombinasjoner som utgjør helt forskjellige typer biologisk aktivitet. Livet som vi vet det, er kanskje ikke alt det er - for enten terrestrisk eller utenjordisk biologi.
Denne muligheten ser mer lovende ut i lys av en ny studie som beskriver en bakterie isolert fra California's Mono Lake, som kan bruke arsen, som vanligvis er giftig i livet, som en av sine viktigste næringsstoffer. Mikroben kan til og med ta opp arsen i sine biomolekyler, erstatte fosfor som en strukturell byggestein i DNA og muligens også i energibærende molekyler som adenosintrifosfat (ATP). Studien dukket opp 2 desember i Science .
"Dette er et ekte gjennombrudd, en ekte overraskelse for meg også, sier studieforfatteren Ronald Oremland, en geomikrobiolog med US Geological Survey (USGS) i Menlo Park, California." Vi har et nytt element i gruppen av seks som, i det minste for denne organismen, kan opprettholde livet. " Standard seks næringsstoffer er karbon, hydrogen, nitrogen, oksygen, fosfor og svovel.
Oremland hadde tidligere oppdaget bakterier i hypersalin, arsenisk rik Mono Lake som bruker det vanligvis giftige elementet i fotosyntese eller respirasjonsreaksjoner, men ingen hadde vist opptaket av elementet for intern bruk. Han forteller at han fortsatte å løpe sammen med andre geomikrobiolog Felisa Wolfe-Simon, den nye studiens første forfatter, på møter, og at Wolfe-Simon reiste et provoserende spørsmål: Hva med arsen, i form av arsenationen, subbing for fosfationer inni cellen? Tross alt er arsen den nede naboen til fosfor på det periodiske bordet av elementene, og fosfat og arsenat er kjemiske fettere. At likheten bidrar til arsenets giftighets-arsenatmaskerater som næringsfosfat og dermed får tilgang til kroppens metabolske system.
Oremland var ikke først overbevist av Wolfe-Simons ide. "Jeg så på henne som om hun var en nøkkelpose, " sier han. Men Wolfe-Simon og hennes kolleger fortsatte å utvikle hypotesen, og tidligere i år kom hun til Oremland på USGS på et NASA-astrobiologi fellesskap.
For å lete etter organismer som kunne bruke arsen som næringsstoff, inokulerte forskerne sedimenter fra Mono Lake til et vekstmedium, og tilsatt arsen, men ikke fosfor. De isolerte en stamme av gammaproteobakterier kalt GFAJ-1 som vokste i arsenatrike forhold, men vokste ikke når de ble berøvet både arsenat og fosfat. - Det vokser bedre med fosfor, men det blir bra med arsen, sier Oremland.
"Vi fortsatte med å si at dette ikke kan være ekte, vi må mangle noe, " legger han til. Men etter en serie med høyteknologiske analyser-røntgenspektroskopi, radioisotopsporere, massespektroskopi, fant forskerne at arsenat faktisk ble innlemmet i biomolekyler, inkludert DNA-ryggraden, et spor som vanligvis okkupert av fosfat.
Analysens grundiggjøring gir vekt på kravet, sier Dirk Schulze-Makuch, astrobiolog ved Washington State University i Pullman, som ikke var involvert i forskningen. "Dette er første gang jeg virkelig har sett gode bevis på at dette har skjedd, " sier han. "Du kan egentlig ikke se på et DNA-molekyl og si, ok, det er et arsen, det er et arsen." Men komplementære tester kan avsløre elementets rolle innenfor mikrober. "Hvis du setter dette sammen, kan du gjøre et veldig overbevisende tilfelle, sier Schulze-Makuch.
Bare hvorfor bakterien har en forkjærlighet for arsen er ennå ikke klart. Kanskje utviklet noen livsformer seg i et arsenikrikt miljø og senere migrert til en mer typisk region av jorden, hvor fosfor er langt mer rikelig. "Livet kan ha blitt tilpasset for bruk av arsen og / eller fosfor, " sier Oremland. "Kanskje det er en måte å se på dette, men det er helt formodning."
Før studien ble publisert, spekulerte sprang på tvers av Twitter og blogosfæren og i britiske aviser etter en pressemelding fra NASA kunngjorde en 2. desember nyhetskonferanse "for å diskutere et astrobiologisk funn som vil påvirke søket etter bevis for utenjordisk liv." En populær blogg, kottke.org, rystet opp en mindre vanvidd med overskriften "Har NASA oppdaget det ytre liv?"
Noen vil utvilsomt bli skuffet over svaret på det spørsmålet og av den rene jordbaserte naturen til de nye resultatene. Men forskningen har likevel implikasjoner for de myriade typer livet som astrobiologer kanskje vil finne i solsystemet eller utover. "Denne studien driver virkelig poenget til hvordan adaptivt liv kan være, og at vi skal gå ut for å forvente det uventede, sier Schulze-Makuch. "Hvis du ser på andre steder, fra Titans karbonhydrater til Europas undergrunns hav til ørkenene i Mars, bør vi ikke undervurdere livets evner til å tilpasse seg disse stedene."

Når det kommer til fotosyntese, utfører planter kvantumberegningOceanic Dead Zones Fortsett å spreAstronautene tar første biter av salat vokst i rommetSoaring City SlickersVil fornyet interessen for kjernefysisk kraft gjenopplive uranindustrien?Hva er neste for NASAs nye astronautklasse?Gå FjerdeTopp Sci / Tech Gaver 2003