Mikroba yang hidup di sumber air panas yang berwarna-warni di Taman Nasional Yellowstone menggunakan terutama hidrogen untuk bahan bakar, sebuah penemuan dari University of Colorado di Boulder, para peneliti mengatakan, pertanda baik bagi kehidupan di lingkungan ekstrem di planet lain dan dapat menambah pemahaman bakteri di dalam tubuh manusia.
Sebuah tim ahli biologi CU-Boulder yang dipimpin oleh Profesor Norman Pace, salah satu pakar terkemuka dunia tentang evolusi molekuler dan mikrobiologi, menerbitkan laporan mereka "Hidrogen dan bioenergi dalam sistem panas bumi Yellowstone" minggu ini dalam edisi online dari Prosiding Nasional Akademi Ilmu Pengetahuan.
Temuan tim, berdasarkan beberapa tahun penelitian di taman, membantah gagasan populer bahwa belerang adalah sumber energi utama bagi organisme kecil yang hidup dalam fitur termal.
"Itu mengejutkan menemukan hidrogen adalah sumber energi utama untuk mikroba di sumber air panas," kata Pace. “Proyek ini juga menarik dalam konteks mikrobiologi karena ini adalah salah satu dari beberapa kali kami dapat mempelajari mikroba untuk mendapatkan informasi tentang keseluruhan ekosistem. Itu belum pernah terjadi sebelumnya. "
Studi ini secara khusus dirancang untuk menentukan sumber utama energi metabolisme yang mendorong komunitas mikroba dalam fitur taman dengan suhu di atas 158 derajat Fahrenheit. Fotosintesis tidak diketahui terjadi di atas suhu itu.
Kombinasi dari tiga petunjuk berbeda mengarahkan para peneliti untuk menyimpulkan bahwa hidrogen adalah sumber energi utama. Analisis genetik dari varietas mikroba yang hidup di komunitas sumber air panas mengungkapkan bahwa mereka semua lebih suka hidrogen sebagai sumber energi. Mereka juga mengamati H2 di mana-mana di semua sumber air panas pada konsentrasi yang cukup untuk bioenergi mikroba. Model termodinamika berdasarkan data lapangan mengkonfirmasi bahwa metabolisme hidrogen adalah sumber bahan bakar yang paling mungkin di lingkungan ini.
"Karya ini menyajikan beberapa pertanyaan terkait yang menarik," kata John Spear, pemimpin penulis laporan. “Hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta. Jika ada kehidupan di tempat lain, bisa jadi hidrogen adalah bahan bakarnya, ”kata Spear. “Kami telah melihat bukti air di Mars, dan kami tahu bahwa di Bumi, hidrogen dapat diproduksi secara biologis melalui fotosintesis dan fermentasi atau non-biogenetis dengan air yang bereaksi dengan batuan yang mengandung besi. Ada kemungkinan bahwa proses non-biogenik menghasilkan hidrogen di Mars dan bahwa beberapa bentuk kehidupan mikroba dapat menggunakannya, "katanya.
Ada banyak contoh bakteri yang hidup di lingkungan ekstrem - termasuk tubuh manusia - menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar, menurut Spear. "Studi terbaru menunjukkan bahwa bakteri Helicobacter pylori, yang menyebabkan bisul, hidup dari hidrogen di dalam perut," kata Spear. “Salmonella memetabolisme hidrogen di usus. Itu membuat saya bertanya-tanya berapa banyak jenis mikroba di luar sana yang memetabolisme hidrogen di lingkungan yang ekstrem. ”
Alih-alih mengandalkan teknik mikrobiologi tradisional yang memanfaatkan kultur yang tumbuh di laboratorium, tim CU-Boulder menggunakan metodologi yang dikembangkan oleh Pace untuk menganalisis secara genetik komposisi komunitas mikroba seperti yang muncul di lapangan. "Kami tidak melihat apa yang tumbuh dalam cawan budaya, kami melihat RNA sampel langsung dari lapangan," kata Spear.
"Kami belum pernah tahu mikroba apa yang hidup di sumber air panas Yellowstone, dan sekarang kami tahu," kata Pace.
Serangkaian instrumen baru digunakan untuk mengumpulkan data, beberapa di antaranya belum pernah dikumpulkan sebelumnya. “Tidak ada yang mengukur konsentrasi hidrogen di sumber air panas sebelumnya karena teknologinya tidak ada sampai sekitar tujuh tahun yang lalu. Sekarang kita dapat mendeteksi konsentrasi hidrogen tingkat sangat rendah dalam air, ”jelas Spear.
"Kami menemukan banyak hidrogen di sumber air panas - pasokan bakteri yang tak ada habisnya," katanya. Pengukuran jumlah H2 dalam air dicatat di sumber air panas Yellowstone, aliran dan ventilasi panas bumi di berbagai bagian taman dan selama musim yang berbeda. Semua lingkungan memiliki konsentrasi yang sesuai untuk metabolisme energi.
Tim menggunakan model termodinamika yang dihasilkan komputer untuk mengetahui apakah hidrogen memang sumber energi utama. "Anda bisa mencium bau sulfida di udara di Yellowstone, dan gagasan yang diterima adalah bahwa belerang adalah sumber energi untuk kehidupan di sumber air panas," kata Spear. Tidak demikian, menurut model komputer tim yang dibangun di atas pengukuran hidrogen, sulfida, konsentrasi oksigen terlarut, dan faktor lainnya.
Spear mengatakan sulit untuk mengeksplorasi ekosistem mikroba. “Kami memiliki waktu yang cukup sulit untuk menjelaskan apa yang sedang terjadi di hutan, misalnya, dengan semua sistem yang saling terkait. Kami bahkan tidak dapat melihat sistem mikroba. "
Ekstraksi sampel adalah operasi yang berbahaya dan rumit. Untuk menganalisis secara akurat seluruh komunitas mikroba sumber air panas, Spear hanya perlu mengumpulkan bahan sebanyak penghapus pensil. Sampel sedimen dimasukkan ke dalam botol sampel khusus dan segera dibekukan dalam tabung nitrogen cair untuk melindungi komunitas mikroba.
Di mata air di mana tidak ada sedimen, Tombak mengumpulkan sampel organisme planktonik dengan menggantung seluncuran kaca di air dan memungkinkan mikroba menumpuk. “Bakteri sama seperti kita. Mereka suka bersama, mereka suka melekat pada permukaan dan mereka suka makanan mereka - hidrogen terlarut, dalam hal ini - dibawa ke mereka. "
Spear menjelaskan bahwa warna mata air panas adalah hasil interaksi antara mineral dan mikroba yang hidup di kolam. Air yang lebih panas biasanya menunjukkan warna dari mineral, dan air yang lebih dingin berperan bagi pigmen fotosintesis.
"Berdasarkan apa yang saya lihat dalam analisis ini, saya pikir hidrogen mungkin mendorong banyak kehidupan di banyak lingkungan," kata Spear. “Ini bagian spekulasi, tetapi mengingat jumlah dan jenis bakteri yang memetabolisme hidrogen, itu mungkin bentuk metabolisme yang sangat tua.
Itu penting karena memberi tahu kita tentang sejarah kehidupan di Bumi, "katanya. "Dan jika bekerja dengan cara ini di Bumi, itu kemungkinan terjadi di tempat lain. Ketika Anda melihat bintang-bintang, ada banyak hidrogen di alam semesta. "
Sumber Asli: Siaran Berita UCB
