پژوهشگران نوعی باکتری فلزخوار شناسایی کرده‌اند

میکروبیولوژیست‌های مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا (Caltech) نوعی باکتری کشف کرده‌اند که از منگنز تغذیه و از آن به‌عنوان منبع کالری خود استفاده می‌کند. بیش از یک قرن پیش، پیش‌بینی شده بود که چنین میکروب‌هایی وجود داشته باشند؛ اما تاکنون هیچ نوعی از آن‌ها کشف یا توصیف نشده بود. جرد لیدبتر، استاد میکروبیولوژی محیط‌زیست در Caltech، با همکاری هانگ یو، پژوهشگر فوق‌دکتری، یافته‌های خود را در مجله‌ی Nature تشریح کرده است. لیدبتر می‌گوید:

این‌ها نخستین باکتری‌های کشف‌شده هستند که از منگنز به‌عنوان منبع سوخت خود استفاده می‌کنند. جنبه‌ای شگفت‌انگیز از میکروب‌ها در طبیعت این است که آن‌ها می‌‌توانند مواد به‌ظاهر بعیدی مانند فلزات را متابولیزه و انرژی قابل‌استفاده برای سلول را تولید کنند.

همچنین، مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد که این باکتری می‌تواند از منگنز برای تبدیل کربن‌دی‌اکسید به زیست‌توده استفاده کند. این فرایند شیمیوسنتز نامیده می‌شود. پیش‌ازاین، پژوهشگران از باکتری‌ها و قارچ‌هایی مطلع بودند که می‌توانند منگنز را اکسید کنند یا الکترون‌های آن را بگیرند؛ اما فقط حدس می‌زدند میکروب‌های ناشناخته‌ای وجود داشته باشند که بتوانند از این فرایند برای رشد خود بهره‌برداری کنند.

لیدبتر پس از انجام آزمایش‌های نامرتبطی با استفاده از نوعی منگنز سبک گچ‌مانند و به‌طور تصادفی این باکتری را پیدا کرد. او چند ماه قبل از اینکه از دفتر خود بیرون برود، شیشه‌ای آغشته به این مواد را با آب گذاشته بود تا خیس بخورد. وقتی برگشت، شیشه با ماده‌ی سیاه‌رنگی پوشانده شده بود. او توضیح می‌دهد:

فکر کردم این چیست؟ با خود گفتم شاید این‌ها همان میکروب‌هایی باشند که مدت‌ها است دنبالشان هستیم. بنابراین، برای کشف آن آزمایش‌های نظام‌مندی انجام دادیم.

پوشش سیاه‌رنگ درواقع منگنز اکسیده‌شده‌ای بود که باکتری‌های تازه‌کشف‌شده آن را تولید کرده و احتمالا از خود شیر آب آمده بودند. لیدبتر می‌گوید:

شواهدی وجود دارد که خویشاوندان این موجودات در آب‌های زیرزمینی ساکن هستند و بخشی از آب آشامدینی پاسادینا از آبخوان‌های محلی پمپ می‌شود. پاسادینا شهری است که مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا در آن قرار دارد.

گرهک‌های اکسیدمنگنز ایجاد‌شده‌‌ی باکتری‌ای که تیم مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا آن را کشف کرد. قطر این گرهک حدود ۰/۱ تا ۰/۵ میلی‌متر است.

منگنز یکی از عناصر فراوان موجود در سطح زمین است. اکسیدهای منگنز به‌شکل ماده‌ی سیاه‌رنگ توده‌ای درمی‌آیند و در طبیعت بسیار زیاد هستند. آن‌ها در رسوبات زیر سطحی یافت شده‌اند و می‌توانند در سیستم‌های توزیع آب نیز تشکیل شوند. لیدبتر گفت:

مطالب زیادی در حوزه‌ی مهندسی محیط‌زیست دراین‌باره وجود دارد که اکسیدهای منگنز سیستم‌های توزیع آب آشامیدنی را مسدود کرده‌اند؛ اما اینکه چگونه و چرا چنین ماده‌ای در آنجا تولید می‌شود، به‌صورت معما مانده بود. واضح است بسیاری از دانشمندان حدس زده‌اند باکتری‌هایی که از منگنز برای انرژی استفاده می‌کنند، ممکن است مسئول این امر باشند؛ اما تاکنون شواهدی در حمایت از این ایده به‌دست نیامده بود.

یافته‌های پژوهش جدید به پژوهشگران کمک می‌کند شیمی خاک آب‌های زیرزمینی را بهتر درک کنند. مشخص شده است باکتری‌ها می‌توانند آلاینده‌ها را در آب‌های زیرزمینی تخریب کنند. این فرایند پاک‌سازی زیستی نامیده می‌شود. هنگام انجام این کار، چندین ارگانیسم اصلی اکسیدمنگنز را احیا می‌کنند؛ یعنی الکترون‌هایی به آن‌ها می‌دهند که شبیه همان کاری است که ما هنگام استفاده از اکسیژن هوا انجام می‌دهیم.

سؤال دانشمندان این بوده است که اکسیدمنگنز در ابتدا از کجا می‌آید. لیدبتر می‌گوید:

باکتری‌ای که آن را کشف کرده‌ایم، می‌تواند آن را تولید کند؛ بنابراین، آن‌ها از سبک زندگی برخوردار هستند که موارد موردنیاز واکنش‌های باکتری‌های دیگر را تأمین می‌کنند که ما آن‌ها را سودمند و مطلوب در نظر می‌گیریم.

درباره‌ی نحوه‌ی تشکیل اولیه‌ی این گرهک‌ها، دانش ناچیزی در دست بوده است. یو و لیدبتر اکنون با این سؤال رو‌به‌رو هستند: آیا میکروب‌های مشابه با آنچه آن‌ها در آب‌های شیرین یافته‌اند، ممکن است نقش داشته باشند؟ آن‌ها قصد دارند در آینده این مسئله را بررسی کنند. یو می‌گوید:

این موضوع بر نیاز به درک بهتر گرهک‌های منگنز دریایی قبل از آن تأکید می‌کند که معدن‌کاری آن‌ها را تخریب کند.

وودوارد فیشر، استاد زیست‌شناسی زمین از Caltech نیز می‌گوید:

کشف جرد و هانگ شکاف فکری بزرگی درزمینه‌ی درک چرخه‌های ابتدایی زمین را پر می‌کند و به روش‌های گوناگونی می‌افزاید که در آن منگنز (فلز انتقالی پیچیده، ولی فراوان) در تکامل حیات روی زمین ایفای نقش کرده است.