Microbiologie in hapklare porties
Leven op Lucht
Een van de dingen die ik niet zo fijn vind van een ijsje eten is een brainfreeze. Stel je eens voor dat ik je vraag om niet eventjes, maar zo lang als je maar kan met dit gevoel te leven. Ik weet zeker dat je er niet blij mee zal zijn. Net als jij zouden organismen niet van dat gevoel houden. En zeker niet op het koudste continent van de planeet, Antarctica, willen wonen.
Bijna alle levende organismen stellen het op prijs als de leefomstandigheden precies goed zijn – de juiste temperatuur, zoutconcentratie, licht, en beschikbaarheid van voedselbronnen. Het koude Antarctica daagt het leven echter uit door de aanwezigheid van ongunstige omstandigheden zoals de extreem lage temperatuur, het schaarse voedsel en water, en de licht-donker-seizoensgebondenheid.
In een vriendelijke omgeving gebruiken de producenten van het ecosysteem (meestal planten) zonlicht om de koolstofdioxide uit de omgeving om te zetten in een eenvoudig molecuul: glucose (organische koolstof). Glucose wordt vervolgens gebruikt als de primaire energiebron door de producenten zelf, die foto-autotroof zijn (foto-autotrofen = foto → licht + auto → zelf + trof → voeding). Dit wordt gevolgd door de opeenvolgende niveaus in het voedselweb. Zij die hun eigen voedsel niet kunnen maken, zijn afhankelijk van anderen en worden heterotrofen genoemd (heterotrofen = hetero → ander + trofe → voeding). Sommige organismen kunnen de producenten rechtstreeks eten, terwijl andere op hun beurt weer op deze producenten-etende organismen azen. Het klimaat van Antarctica is echter niet bevorderlijk voor dit soort dynamische interacties.
De stressvolle levensomstandigheden verdrijven de meeste grotere wezens. Toch blijkt dat microscopische wezens behoorlijk aanpasbaar zijn en kunnen overleven in het barre klimaat van Antarctica.
Het team van Ortiz en Leung bestudeerde de Antarctische bodem op 16 verschillende plaatsen. Ondanks een verbazingwekkend laag gehalte aan organische koolstof, bevatte de bodem een opmerkelijk aantal bacteriën en soortgelijke organismen. De samenstelling van de gemeenschap in de bodem-monsters varieerde. Bovendien zijn de bemonsterde bacteriën inheems in de Antarctische bodem en kunnen ze zijn geëvolueerd uit 700-880 miljoen jaar oude organismen die inheems zijn in de bodem. Hoe komen deze bacteriën, gezien de slechte leefomstandigheden, aan voedsel en water – hoe overleven ze?
Uit genetische en biogeochemische analyses van de onderzoekers blijkt dat de bacteriën verschillende strategieën hanteren om aan voedsel te komen. In de eerste plaats ‘ademen’ bijna alle leden van de gemeenschap wanneer er zuurstof aanwezig is, en niet in afwezigheid daarvan. Vervolgens nemen veel leden hun toevlucht tot een mix van autotrofie en heterotrofie (mixotrofen). Interessant is dat de meest gevonden organismen energie opwekken uit bepaalde gassen in de atmosfeer, een onbeperkte bron van gassen. Hierdoor kunnen ze energierijke moleculen maken, hoofdzakelijk door waterstof en/of koolmonoxide te oxideren. Sommige bacteriën kunnen ook methaan oxideren. Bovendien helpt de oxidatie van waterstof uit de atmosfeer deze bacteriën bij de productie van water! Dit mechanisme van waterproductie kan deze bacteriën helpen om gehydrateerd te blijven.
Daarom kunnen deze bacteriën zelfs bij een tekort aan organische koolstof of water – dat het transport van niet-gasvormige moleculen mogelijk maakt – blijven bestaan.
Afgezien van deze strategieën hebben bacteriën nog andere manieren om voedingsstoffen te vinden. Meer dan 25% van de microben in de gemeenschap kunnen atmosferische koolstof fixeren via de Calvin cyclus, een methode van koolstoffixatie bij afwezigheid van licht. Dit proces zou deze bacteriën helpen om zelfs bij weinig zonlicht te overleven. En eigenlijk waren er maar heel weinig organismen die de mechanismen hadden om zonlicht te gebruiken om zich te voeden. Bovendien kunnen sommige bacteriën uit de Antarctische bodem ook sporen van ammonium, zwavel en ijzer in de bodem oxideren. Verrassend genoeg bevatte de bodem ook diverse bacteriën die ofwel roofdieren, parasieten of obligate symbionten waren.
De verschillende manieren die de bacteriën hebben aangenomen om in de onvriendelijke omgeving van Antarctica te overleven zijn fascinerend. Dit soort studies zijn niet alleen ontzagwekkend, maar helpen de mensheid ook vooruit. Ten eerste helpen deze studies ons, gezien de effecten van de klimaatverandering op het Antarctische landschap, bij het nemen van beslissingen die de ecologische toekomst van het continent veilig kunnen stellen. Ten tweede kunnen wetenschappers meer te weten komen over hoe het leven op Antarctica is geëvolueerd. Deze kennis is van cruciaal belang omdat het ons helpt te begrijpen hoe het leven zich zou kunnen ontwikkelen en in stand houden op andere koude, droge planeten zoals Mars!
Een brainfreeze is zo slecht nog niet!
Featured image: https://earthobservatory.nasa.gov/images/36839/antarctica
Vertaald door: Charlotte van de Velde
micro-bites.org 