מדענים מאוניברסיטת מונטנה גילו חיידקים חדשים המייצרים מתאן בילוסטון. פריצת דרך זו מרחיבה את תפיסת החיים שלנו בתנאים קיצוניים ומציעה דרכים חדשות להפחתת שינויי האקלים. קרדיט: רולנד הצנפיכלר
מדענים מאוניברסיטת מונטנה סטייט גילו שתי קבוצות מיקרוביאליות חדשות המייצרות מתאן בפארק הלאומי ילוסטון, וחושפות גישות חדשות פוטנציאליות להפחתת שינויי אקלים ותובנות לגבי חיים מחוץ לכדור הארץ.
מדענים מאוניברסיטת מונטנה סטייט סיפקו את ההוכחה הניסויית הראשונה לכך ששתי קבוצות חיידקים שהתגלו לאחרונה בתכונות התרמיות של הפארק הלאומי ילוסטון מייצרות מתאן. תגלית פורצת דרך זו יכולה יום אחד לעזור לפתח שיטות למתן שינויי אקלים ולהציע תובנות לגבי חיים פוטנציאליים במקומות אחרים במערכת השמש שלנו.
היומן טֶבַע פרסם את הממצאים מהמעבדה של רולנד הצנפיכלר, פרופסור חבר במחלקה לכימיה וביוכימיה של MSU במכללה למכתבים ומדעים ומנהל חבר של המכון לביולוגיה תרמית של האוניברסיטה. שני המאמרים המדעיים מתארים את האימות של חוקרי MSU לדוגמאות הידועות הראשונות של אורגניזמים חד-תאיים המייצרים מתאן כדי להתקיים מחוץ לשושלת Euryarchaeota, שהיא חלק מהענף הגדול יותר של עץ החיים הנקרא Archaea.
אליסון הרמון, סגנית נשיא MSU למחקר ופיתוח כלכלי, אמרה שהיא נרגשת שהממצאים בעלי השפעה פוטנציאלית כה מרחיקת לכת זוכים לתשומת הלב הראויה.
"זהו הישג משמעותי עבור אוניברסיטת מונטנה סטייט שפרסמו לא אחד אלא שני מאמרים באחד מכתבי העת המדעיים המובילים בעולם", אמר הרמון.
האורגניזמים החד-תאיים המייצרים מתאן נקראים מתאנוגנים. בעוד שבני אדם ובעלי חיים אחרים אוכלים מזון, נושמים חמצן ונושפים פחמן דו חמצני כדי לשרוד, מתאנוגנים אוכלים מולקולות קטנות כמו פחמן דו חמצני או מתנול ונושפים מתאן. רוב המתנוגנים הם אנאירובים קפדניים, כלומר הם לא יכולים לשרוד בנוכחות חמצן.
מדענים ידעו מאז שנות ה-30 שאורגניזמים אנאירוביים רבים בתוך הארכיאה הם מתנוגנים, ובמשך עשרות שנים הם האמינו שכל המתנוגנים נמצאים בפילום אחד: ה-Euryarchaeota.
אבל לפני כ-10 שנים החלו להתגלות חיידקים עם גנים למתנוגנזה בפילות אחרות, כולל כזו שנקראת Thermoproteota. הפילום הזה מכיל שתי קבוצות מיקרוביאליות הנקראות Methanomethylicia ו- Methanodesulfokora.
"כל מה שידענו על האורגניזמים האלה היה שלהם DNA"אמר הצנפיכלר. "אף אחד מעולם לא ראה תא של המתנוגנים האלה כביכול; אף אחד לא ידע אם הם באמת השתמשו בגנים המתנוגנזה שלהם או שהם גדלים באמצעים אחרים.
אישור ניסוי וייצור מתאן
הצנפיצ'לר וחוקריו יצאו לבדוק אם האורגניזמים חיים על ידי מתנוגנזה, תוך שהם מבססים את עבודתם על תוצאות מחקר שפורסם בשנה שעברה על ידי אחד מתלמידיו לשעבר לתואר שני ב-MSU, מקנזי לינס.
דגימות נקצרו ממשקעים במעיינות חמים של הפארק הלאומי ילוסטון בטמפרטורה שנעו בין 141 ל-161 מעלות פרנהייט (61-72 מעלות צֶלסִיוּס).
באמצעות מה שהאצנפיצ'לר תיאר כ"עבודה קפדנית", הדוקטורנט של MSU אנתוני קוהץ והחוקרת הפוסט-דוקטורט ויולה קרוקנברג גידלו את החיידקים של ילוסטון במעבדה. החיידקים לא רק שרדו אלא שגשגו – והם ייצרו מתאן. לאחר מכן, הצוות עבד לאפיון הביולוגיה של החיידקים החדשים, בהשתתפות מדען הצוות זאקארי ג'יי ואחרים ב-ETH ציריך.
במקביל, קבוצת מחקר בראשות ליי צ'נג ממכון הביוגז של סין של משרד החקלאות ועניינים כפריים ודיאנה סוזה מאוניברסיטת ווגנינגן בהולנד הצליחה להצמיח עוד אחד מהמתנוגנים החדשים הללו, פרויקט שעליו עבדו במשך שישה שנים.
"עד למחקרים שלנו, לא נעשתה עבודה ניסויית על החיידקים האלה, מלבד רצף DNA", אמר הצנפיכלר.
לדבריו, צ'נג וסוזה הציעו להגיש את המחקרים יחד לפרסום, והמאמר של צ'נג המדווח על בידוד של חבר אחר ב-Methanomethylicia פורסם במשותף עם שני מחקרי המעבדה של Hatzenpichler.
בעוד שאחת הקבוצות החדשות שזוהו של מתנוגנים, Methanodesulfokora, נראה כי היא מוגבלת למעיינות חמים ולפתחי אוורור הידרותרמיים בים עמוקים, Methanomethylicia, נפוצה, אמר Hatzenpichler. הם נמצאים לעתים במפעלי טיהור שפכים ובדרכי העיכול של בעלי חיים מעלי גירה ובמשקעים ימיים, קרקעות ואדמות ביצות. הצנפיצ'לר אמר שזה משמעותי מכיוון שמתאנוגנים מייצרים 70% מהמתאן בעולם, גז חזק פי 28 מפחמן דו חמצני בלכידת חום באטמוספרה, לפי הסוכנות להגנת הסביבה האמריקאית.
"רמות המתאן עולות בקצב גבוה בהרבה מפחמן דו חמצני, ובני אדם שואבים מתאן בקצב גבוה יותר לאטמוספירה מאי פעם", אמר.
הצנפיצ'לר אמר שבעוד שהניסויים ענו על שאלה חשובה, הם יצרו עוד הרבה ניסויים שיתדלקו עבודה עתידית. לדוגמה, מדענים עדיין לא יודעים אם מתנומתילציה שחיה בסביבות לא קיצוניות מסתמכות על מתנוגנזה כדי לגדול או אם הן גדלות באמצעים אחרים.
"ההימור הטוב ביותר שלי הוא שלפעמים הם גדלים על ידי יצירת מתאן, ולפעמים הם עושים משהו אחר לגמרי, אבל אנחנו לא יודעים מתי הם גדלים, או איך, או למה," אמר הצנפיכלר. "עכשיו אנחנו צריכים לגלות מתי הם תורמים לרכיבת מתאן ומתי לא."
בעוד שרוב המתנוגנים בתוך Euryarchaeota משתמשים בCO2 או אצטט לייצור מתאן, Methanomethylicia ו- Methanodesulfokora משתמשים בתרכובות כמו מתנול. מאפיין זה יכול לעזור למדענים ללמוד כיצד לשנות את התנאים בסביבות השונות שבהן הם נמצאים כך שפחות מתאן נפלט לאטמוספירה, אמר הצנפיכלר.
כיווני מחקר עתידיים והתכונות הייחודיות של מתנוגנים
המעבדה שלו תתחיל לשתף פעולה בסתיו הקרוב עם חוות המחקר וההוראה החקלאי Bozeman של MSU, שתספק דוגמאות למחקר נוסף על המתנוגנים שנמצאו בבקר. בנוסף, סטודנטים חדשים לתארים מתקדמים שיצטרפו למעבדה של הצנפיכלר בסתיו יקבעו אם הארכאים החדשים שנמצאו מייצרים מתאן בשפכים, קרקעות ואדמות ביצות.
ל- Methanomethylicia יש גם ארכיטקטורת תאים מרתקת, אמר הצנפיצ'לר. הוא שיתף פעולה עם שני מדענים ב-ETH ציריך, מרטין פילהופר והסטודנט לתואר שני ניקולאי פטרוסיאן, כדי להראות שהחיידק יוצר צינורות תא לתא שלא היו ידועים בעבר, המחברים שניים או שלושה תאים זה עם זה.
"אין לנו מושג למה הם יוצרים אותם. מבנים כמו אלה נראו רק לעתים רחוקות בחיידקים. אולי הם מחליפים DNA; אולי הם מחליפים כימיקלים. אנחנו עדיין לא יודעים", אמר הצנפיכלר.
המחקר החדש שפורסם מומן על ידי נאס"אהתוכנית לאקסוביולוגיה של. נאס"א מתעניינת במתנוגנים מכיוון שהם עשויים לתת תובנות על החיים על פני כדור הארץ לפני יותר מ-3 מיליארד שנים ועל הפוטנציאל לחיים על כוכבי לכת וירחים אחרים שבהם זוהה מתאן, אמר.
Hatzenpichler דן בתוצאות של שני המחקרים בהרצאה מקוונת ובפודקאסט של Matters Microbial לאחרונה, והפיק אינפוגרפיקה זו על רכיבה על אופניים מתאן. למידע נוסף על המעבדה שלו בקר בכתובת www.environmental-microbiology.com או שלח אימייל אל (מוגן בדוא"ל).
