Badanie bakterii żyjących wewnątrz wulkanów pomoże w ulepszeniu modeli klimatycznych
Jedną z głównych ról w procesie postępującej zmiany klimatu odgrywa szybki wzrost stężenia gazów cieplarnianych, do których należy metan, uwalniany z terenów podmokłych i rozmarzających obszarów wiecznej zmarzliny. Metan jawi się jako atrakcyjne paliwo z uwagi na jego ogromne zasoby, ale jest gazem niezwykle trudnym do wychwycenia. Jednym z możliwych rozwiązań jest naśladowanie mikrobów, które mają zdolność do wiązania metanu z atmosfery. Badaniem tej możliwości zajął się zespół finansowanego przez UE projektu VOLCANO, który postanowił wykorzystać w tym celu ekstremofile zamieszkujące gorące i kwaśne środowisko obszarów wulkanicznych. „Niezwykle interesuje nas krążenie pierwiastków w przyrodzie – azotu, węgla i siarki, organizmy, które te substancje metabolizują, a także działanie tego procesu w kontekście ekosystemu”, tłumaczy Huub Op den Camp, koordynator projektu.
Wyspy wulkaniczne
Polując na niewykorzystane dotąd organizmy, zespół Op den Campa z Uniwersytetu im. Radbouda w Niderlandach skupił się na badaniu trzech bogatych w ekstremofile obszarów we Włoszech: wulkanu Solfatara niedaleko Neapolu, wyspy Vulcano w pobliżu Sycylii oraz wyspy Pantelleria położonej w bliskim sąsiedztwie Tunezji. „Mimo że wulkan Solfatara nie wybuchnie, wciąż jest aktywny i można w jego obrębie spotkać gorące baseny błotne, fumarole i miejsca ekshalacji pary wodnej z wnętrza Ziemi”, mówi Op den Camp. Z tych fumaroli wydobywają się gazy, na przykład metan czy dwutlenek węgla, w dużych stężeniach. Ponadto gleba na badanych obszarach cechuje się wysokimi temperaturami (do 100 °C na głębokości 50 cm) i niskim pH. Żeby pozyskać potrzebne mikroorganizmy, zespół wykonał odwierty w celu pobrania próbek ziemi, które były natychmiast przewiezione do hotelu. „Po powrocie zamienialiśmy pokój hotelowy w laboratorium, aby od razu przeprowadzić inokulację”, dodaje badacz. „W ciągu 24 godzin wróciliśmy i wykonaliśmy nowe inkubacje w naszym laboratorium”. Bakterie były identyfikowane za pomocą dwóch technik. W ramach pierwszej z nich Op den Camp i jego zespół wykorzystali podejście metagenomiczne polegające na ekstrahowaniu DNA bezpośrednio z mieszanych próbek. Druga metoda polegała na wzbogaceniu i hodowaniu kultur bakterii, aby ostatecznie wyizolować poszczególne gatunki obecne w próbce.
Nowe odkrycia
Starania uczonych zaowocowały sporządzeniem charakterystyki setek gatunków bakterii, w tym osobników należących do nowego rodzaju, który nie był dotąd znany nauce. Kilka z tych gatunków zalicza się do grupy metanotrofów, czyli bakterii żywiących się metanem pozyskiwanym z gleby. „Bardzo ważną kwestią jest sposób, w jaki wykorzystują one metan z atmosfery”, zaznacza Op den Camp. „Stężenie metanu w atmosferze wzrasta, zatem jeśli możliwe stanie się wyizolowanie organizmu, który z łatwością sobie z nim poradzi, byłoby to niezwykle użyteczne rozwiązanie”. Uczony twierdzi też, że lepsze zrozumienie tego, jak mikroby wpływają na przepływ metanu między atmosferą a jego magazynami takimi jak obszary podmokłe, pozwoli na stworzenie bardziej wiarygodnych modeli klimatycznych. Wśród innych szczepów, uznanych przez naukowców za atrakcyjne z punktu widzenia aktualnych badań, są gatunki, które posiadają zdolność konwersji metanu do postaci metanolu, ważnego prekursora stosowanego w przemyśle chemicznym, a także bakteria znaleziona na Pantellerii, żywiąca się wyłącznie gazami. „Jedyną rzeczą, jakiej ta bakteria potrzebuje, jest wodór, dwutlenek węgla i tlen”, podkreśla badacz. „Wiąże ona CO2 podobnie jak roślina robi to pod wpływem światła słonecznego, z tą różnicą, że bakteria ta w celu wytworzenia potrzebnej energii spala wodór”. Jeśli chodzi o inne gatunki, niektóre z nich potrafiły połowę zasymilowanego dwutlenku węgla oddać do otaczającego je medium, dzięki czemu mogłyby być szczególnie użyteczne w produkcji związków organicznych. Po zakończeniu tego projektu Op den Camp planuje znaleźć sposób na wyizolowanie szczepów odgrywających kluczową rolę w badanym ekosystemie mikrobiologicznym: „Naukowcy nigdy nie spoczywają na laurach – zawsze napotykają na nowe pytania oraz niezwykle interesujące kwestie, które są warte zbadania”.
Słowa kluczowe
VOLCANO, błoto, bakterie, metanotrof, metan, fumarole, Solfatara, Pantelleria, Vulcano
