Anggota tim menjalani proses menentukan unsur dan molekul apa yang dapat ditumbuhkan oleh strain bakteri. Mereka sudah tahu itu bisa menggunakan oksigen, sehingga mereka menguji kombinasi lain di lab. Ketika oksigen tidak ada, RSW1 dapat memproses gas hidrogen dan sulfur unsur – kimia akan ditemukan memuntahkan dari ventilasi vulkanik – dan menciptakan hidrogen sulfida sebagai produk. Namun sementara sel -sel secara teknis hidup dalam keadaan ini, mereka tidak tumbuh atau bereplikasi. Mereka membuat sedikit energi – cukup untuk tetap hidup, tidak lebih. “Sel itu hanya duduk di sana memutar roda tanpa mendapatkan metabolisme atau biomassa yang nyata dari itu,” kata Boyd.
Kemudian tim menambahkan oksigen kembali ke dalam campuran. Seperti yang diharapkan, bakteri tumbuh lebih cepat. Tapi, yang mengejutkan para peneliti, RSW1 juga masih menghasilkan gas hidrogen sulfida, seolah -olah itu bernafas secara anaerob. Faktanya, bakteri tampaknya bernafas baik secara aerob dan anaerob sekaligus, dan mendapat manfaat dari energi dari kedua proses. Respirasi ganda ini melangkah lebih jauh dari laporan sebelumnya: sel tidak hanya menghasilkan sulfida di hadapan oksigen tetapi juga melakukan kedua proses yang bertentangan pada saat yang sama. Bakteri seharusnya tidak bisa melakukan itu.
“Itu membuat kita berada di jalan ini ‘Oke, apa yang sebenarnya terjadi di sini?'” Kata Boyd.
Bernapas dua arah
RSW1 tampaknya memiliki metabolisme hibrida, menjalankan mode berbasis sulfur anaerob pada saat yang sama menjalankan aerobik menggunakan oksigen.
“Agar organisme dapat menjembatani kedua metabolisme itu sangat unik,” kata Ranjani Muraliseorang ahli mikrobiologi lingkungan di University of Nevada, Las Vegas, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. Biasanya ketika organisme anaerob terpapar oksigen, molekul merusak yang dikenal sebagai senyawa oksigen reaktif menciptakan stres, katanya. “Agar itu tidak terjadi benar -benar menarik.”
Di jalan musim semi termal barat (kiri) di Taman Nasional Yellowstone, para peneliti mengisolasi mikroba yang tidak biasa dari biofilm berwarna abu-abu (kanan).Foto: Eric Boyd; Majalah Quanta
Tim Boyd mengamati bahwa bakteri tumbuh paling baik ketika menjalankan kedua metabolisme secara bersamaan. Ini mungkin merupakan keuntungan dalam lingkungannya yang unik: oksigen tidak merata di mata air panas seperti di mana RSW1 hidup. Dalam kondisi yang terus berubah, di mana Anda bisa dimandikan dalam oksigen hanya untuk itu menghilang, lindung nilai taruhan metabolisme seseorang mungkin merupakan sifat yang sangat adaptif.
Mikroba lain telah diamati bernafas dua cara sekaligus: secara anaerob dengan nitrat dan aerobik dengan oksigen. Tetapi proses -proses itu menggunakan jalur kimia yang sama sekali berbeda, dan ketika dipasangkan bersama, mereka cenderung menyajikan biaya energik untuk mikroba. Sebaliknya, metabolisme sulfur/oksigen hibrida RSW1 mendukung sel -sel alih -alih menyeretnya ke bawah.
Jenis respirasi ganda ini mungkin telah menghindari deteksi sampai sekarang karena dianggap mustahil. “Kamu benar -benar tidak punya alasan untuk mencari” untuk sesuatu seperti ini, kata Boyd. Selain itu, oksigen dan sulfida bereaksi satu sama lain dengan cepat; Kecuali jika Anda mengawasi sulfida sebagai produk sampingan, Anda mungkin melewatkannya sepenuhnya, tambahnya.
Mungkin, pada kenyataannya, bahwa mikroba dengan metabolisme ganda tersebar luas, kata Murali. Dia menunjuk banyak habitat dan organisme yang ada pada gradien lemah antara daerah kaya oksigen dan bebas oksigen. Salah satu contoh adalah dalam sedimen terendam, yang dapat menampung bakteri kabel. Mikroba memanjang ini mengorientasikan diri mereka sedemikian rupa sehingga salah satu ujung tubuh mereka dapat menggunakan respirasi aerob dalam air teroksigenasi sementara ujung lainnya terkubur jauh di dalam sedimen anoksik dan menggunakan respirasi anaerob. Bakteri kabel tumbuh subur dalam partisi gentingnya dengan secara fisik memisahkan proses aerobik dan anaerob mereka. Tetapi RSW1 tampaknya melakukan banyak tugas sambil berjatuhan di musim semi yang menggembirakan.
Masih belum diketahui bagaimana bakteri RSW1 berhasil melindungi mesin anaerob dari oksigen. Murali berspekulasi bahwa sel-sel dapat membuat superkompleks kimia di dalam diri mereka sendiri yang dapat mengelilingi, mengisolasi, dan “mengais” oksigen, katanya-menggunakannya dengan cepat begitu mereka menemui sehingga tidak ada peluang bagi gas untuk mengganggu pernapasan berbasis sulfur.
RSW1 dan mikroba lain yang memiliki metabolisme ganda membuat model yang menarik untuk bagaimana kehidupan mikroba mungkin telah berevolusi selama acara oksigenasi yang hebat, kata Boyd. “Itu pasti waktu yang cukup kacau untuk mikroba di planet ini,” katanya. Ketika tetesan oksigen yang lambat disaring ke atmosfer dan laut, bentuk kehidupan apa pun yang dapat menangani sikat sesekali dengan gas baru yang beracun-atau bahkan menggunakannya untuk manfaat energiknya-mungkin mendapat keuntungan. Pada masa transisi itu, dua metabolisme mungkin lebih baik dari satu.
Cerita asli dicetak ulang dengan izin dari Berapa banyak majalahpublikasi editorial independen dari Yayasan Simons yang misinya adalah untuk meningkatkan pemahaman publik tentang sains dengan meliput perkembangan penelitian dan tren matematika dan ilmu fisik dan kehidupan.
