Jika, sebagai akibat dari bencana alam global, tidak ada oksigen yang tersisa di atmosfer bumi, maka salah satu dari sedikit organisme yang masih hidup adalah Escherichia coli. Kartu truf utamanya adalah kemampuan bernafas di mana saja dan di mana saja: di permukaan, di tanah, di perut manusia, dan tidak harus dengan oksigen. Bersama dengan E. coli, beberapa ratus spesies makhluk purba akan tetap ada di planet ini, mampu menghirup belerang, besi, uranium, dan bahkan arsenik.
Udara beracun
Pada 2010, Felisa Wolf-Simon, seorang peneliti di Departemen Astrobiologi NASA, saat mempelajari Danau California Mono yang asin, menemukan bakteri yang tidak biasa. Mereka hidup di air, di mana konsentrasi basa melebihi 80 kali lipat dari indikator yang sesuai di lautan. Mikroba menggunakan arsenik untuk respirasi, racun bagi sebagian besar organisme hidup.
Di laboratorium, temuan, yang disebut "strain GFAJ-1", ditempatkan dalam larutan nutrisi dengan kandungan normal gula dan vitamin, tetapi sama sekali tidak mengandung fosfat - senyawa di mana fosfor berasal dari lingkungan. Sebaliknya, mikroorganisme ditanam dengan arsenat (senyawa arsenik).
Ternyata di lingkungan bebas fosfor, bakteri tidak hanya menghirup arsenik, tetapi juga tahu bagaimana menggabungkannya ke dalam molekul DNA dan RNA, bukan fosfor. Dalam hal sifat kimianya, unsur-unsur ini serupa - enzim dalam sel mungkin tidak membedakan fosfat dari arsenat, dan ini cukup sering terjadi. Benar, penggantian seperti itu biasanya berakhir dengan kematian dan membatunya bakteri, tetapi tidak dalam kasus galur GFAJ-1.
“Mikroorganisme anaerobik (yang tidak membutuhkan oksigen seumur hidup atau mematikan. - Red.) Mampu mereduksi arsenik, menggunakannya dalam respirasi sebagai akseptor elektron. Juga, anaerob dapat menghirup sulfat, besi, mangan, uranium, selenium, nitrat. Kita hanya berbicara tentang mikroba yang tidak memiliki inti formal - prokariota, termasuk bakteri dan archaea. Ada jamur yang tumbuh secara anaerob, tetapi ini jarang terjadi, dan di antara eukariota (organisme dengan nukleus yang terbentuk) ini adalah pengecualian daripada aturannya,”kata Olga Karnachuk, kepala Departemen Fisiologi dan Bioteknologi Tanaman di Institut Biologi Universitas Negeri Tomsk, kepada RIA Novosti.
Di sebelah kiri - Felisa Wolf-Simon, yang menemukan mikroorganisme yang menggunakan fosfor sebagai bahan pembangun sel. Di sebelah kanan - bakteri strain GFAJ-1 dalam larutan nutrisi yang mengandung vitamin, gula dan arsenat.
Video promosi:
Kuno dan ulet
Lebih dari tiga miliar tahun yang lalu, organisme hidup pertama di Bumi memakan molekul hidrogen dan belerang.
“Nafas anaerobik paling kuno adalah napas belerang. Belerang, seperti hidrogen molekuler, berasal dari gunung berapi. Jenis metabolisme ini digunakan ketika semua kehidupan hanya terdiri dari bakteri dan archaea,”kata Olga Karnachuk.
Dengan munculnya cyanobacteria, yang produk metaboliknya adalah oksigen, komposisi atmosfer bumi mulai berubah secara bertahap. Sekitar 850-600 juta tahun lalu, sudah banyak O2 di udara. Bagi mikroorganisme purba, ini berarti bencana - oksigen sama beracunnya bagi mereka seperti gas klor bagi manusia. Oleh karena itu, beberapa mati, yang lain (yang disebut anaerob obligat) melarikan diri ke tempat-tempat anoxic - misalnya, di bawah tanah. Ada juga yang berhasil beradaptasi dan belajar menetralkan gas beracun.
Seiring waktu, beberapa mikroorganisme "memahami": oksigen adalah akseptor elektron yang kuat dan dengan mengoksidasi molekul organik dengannya, Anda bisa mendapatkan banyak energi yang diperlukan untuk kehidupan. Ini berarti ukuran sel bertambah, oleh karena itu, lebih banyak DNA ditempatkan di dalamnya, dan strukturnya menjadi lebih kompleks - begitulah ada peluang untuk menjadi multiseluler.
Hewan yang tidak bisa bernapas
“Tumbuhan, hewan, manusia - semua orang menghirup oksigen. Ini adalah cara paling efektif untuk memperoleh energi, oleh karena itu, ketika respirasi aerobik muncul, prospek terbuka bagi organisme hidup untuk membentuk bentuk yang lebih tinggi, termasuk manusia. Mikroba anaerob juga mampu berkembang, tetapi ke arah yang berbeda. Banyak dari mereka mengambil jalan yang menggabungkan dua jenis pernapasan. Misalnya, E. coli (Escherichia coli) menghirup oksigen, dan ketika memasuki tubuh manusia (dalam lingkungan anaerobik) - nitrat. Jika kondisinya sangat buruk, bakteri tidak dapat bernapas sama sekali, ia mengembara - ini adalah jenis metabolisme yang sama sekali berbeda. Praktis tidak ada oportunis seperti itu di antara bentuk-bentuk yang lebih tinggi,”catat para ahli.
Namun, ada satu pengecualian - tikus mondok telanjang. Mamalia ini, yang hidup di liang bawah tanah, menghabiskan berjam-jam tingkat oksigen yang sangat rendah, dan sama sekali tanpa udara akan bertahan selama 18 menit (sebagai perbandingan: kematian otak manusia terjadi rata-rata setelah lima menit di lingkungan bebas oksigen).
Ketika ada sedikit O2 di udara, tikus mol telanjang beralih ke pemecahan fruktosa anaerobik - karena fakta bahwa saluran GLUT5, yang bertanggung jawab untuk pelepasan fruktosa ke dalam darah, disintesis di jaringan yang berbeda. Pada mamalia lain, mereka hanya diproduksi di usus.
Tikus tahi lalat telanjang - satu-satunya mamalia yang mampu mengurai fruktosa secara anaerobik.
Untuk membantu seseorang
“Ada banyak organisme di Bumi yang dapat hidup tanpa oksigen, karena kondisi anaerobik mudah tercipta - misalnya, dalam pot bunga, tumpukan kompos, atau sedimen pantai, bahkan di dalam tubuh kita sendiri,” lanjut peneliti.
Beberapa anaerob menyebabkan infeksi serius saat ditembak atau ditusuk, sebagian besar bermanfaat bagi manusia. Misalnya, para ilmuwan dari University of California di San Diego mengajarkan bakteri Salmonella enterica untuk menghancurkan tumor kanker: beberapa salmonella mensintesis racun yang membuat lubang di membran sel kanker, yang kedua protein khusus yang mengaktifkan sistem kekebalan, dan yang lainnya menghasilkan molekul yang memicu program penghancuran diri dalam sel kanker.
Arkea metanogenik digunakan dalam produksi biogas dari limbah rumah tangga biasa, dan kelompok pereduksi sulfat mampu memurnikan air limbah dari kontaminasi.
“Saat ini, banyak tambang yang ditutup karena konsentrasi sulfat yang tinggi. Ketika batu bara ditambang, sejumlah besar air limbah dihasilkan, yang setelah dimurnikan, mengalir ke sungai. Jika sulfat tidak dibuang, ikan dan biota air lainnya dapat mati di musim dingin. Kami memurnikan air limbah tambang dari senyawa berbahaya ini menggunakan mikroorganisme yang ditanam di laboratorium kami. Kami menciptakan kondisi di tambang sehingga respirasi sulfat dimungkinkan di sana dan semua sulfat dihilangkan dengan bantuan bakteri. Teknologi ini sudah digunakan dalam praktik di Inggris, AS, Jerman. Kami sekarang baru saja menciptakan bioteknologi yang dapat bekerja dalam kondisi iklim Rusia dengan suhu tahunan rata-rata yang rendah,”ahli menyimpulkan.
Alfiya Enikeeva
