細菌はすべて私たちの周りにあります–そしてそれは大丈夫です
ビクトリア孤児は、彼女が覚えている限り、海を愛しています。 彼女はカリフォルニア州サンディエゴの家族の家の近くの太平洋でシュノーケリングをしていました。 彼女は海の表面の下に植物や動物の隠された世界を訪問するために彼女のマスクとシュノーケルチューブをつかむだろう。 オーファンは1990年代初頭にカリフォルニア大学サンタバーバラ校に進学し、そこで彼女は海と地球上の生命についての考え方を変えた何かを発見しました。
別の学生は彼女に海水の小さなバイアルを示しました。 孤児は、それがすべての興味深い見えたとは思わなかった。 それはちょうど普通の古い水だった。 その後、他の学生は水に蛍光化学物質を加え、その上に紫外線を照らしました。 何百万もの小さな細菌が輝き始めたので、チューブは点灯しました。 ちょうどその瞬間、微生物は見えなくなっていました。 「これらの小さな生物はいたるところにありました」とOrphanは言います。 私たちは彼らについてほとんど何も知りませんでした。”
教育者や親は、チートシートにサインアップ
あなたが学習環境で学生のための科学のニュースを使用するのに役立つ毎週の更新
クライ カリフォルニア州パサデナのカリフォルニア工科大学の地質生物学者として。、彼女は細菌や他の微視的な生命が深海をどのように形作るかを研究しています。
細菌は多くの生態系で中心的な役割 これらには、海、土壌、大気が含まれます。 彼らはまた、世界的な食糧網の大きな部分です。 細菌は、地球上の他のすべての生命が存在することを可能にします。 だからこそ、科学者たちは、これらの単細胞生物は、少なくとも地球上のすべての生命の目に見えない骨格であると言います。しかし、私たちはそれらについて知らないことはたくさんあります。
科学者たちは、彼らがすべての細菌種の一パーセント未満を同定したと思います。 それは彼らの単細胞の世界の謎を探求するために孤児や他の人を駆動されています。 彼らは、細菌が地球の最も重要な天然資源を理解し、保護するための鍵を証明すると考えています。
メタンイーター
いくつかの細菌は本当に奇妙なものを食べる。 科学者たちは、岩石、下水、さらには核廃棄物を食べる細菌を発見しました。 孤児は海底に住んでいるとメタンを飲み込む細菌の種類を研究しています。メタンは温室効果ガスです。
メタンは温室効果ガスです。
二酸化炭素および他のある温室効果ガスのように、それは人々がオイル、ガスおよび石炭を燃やすとき空気に入ります。 また、天然ガス、米の生産、牛の肥料などの天然のメタン源もあります。 温室効果ガスは、大気中の熱をトラップします。 地球の大気中のこれらのガスの過剰は、地球の気候を温暖化させています。メタンは海底の地球から浸透する可能性があります。
メタンは海底の地球から浸透する可能性があります。
一部の科学者は、それが海洋細菌のためではなかった場合、さらに多くのメタンが大気中に脱出するだろうと言います。 これらの細菌の中にはメタンを食べるものもあります。 それは海がガスの膨大な量をトラップすることができます。 “これらの微生物はゲートキーパーです。 彼らは海洋メタンが温室効果ガスレベルを変えることができる大気中に入るのを防ぎます」とOrphanは説明します。
広大な海底で単細胞生物を見つけることは挑戦することができます。 潜水艦の窓から、彼女はアサリと巨大なチューブワームのクラスターを探します。 これらの生物は、目に見えない海洋細菌もそこに住んでいることを示しています。 それらのメタンを食べる人が住んでいるところはどこでも、彼らは食事をするときに新しい分子を作成します。 他の生物は、これらの新しい分子を食物として使用します。 海底には食物網が湧き上がっています。
孤児と彼女のチームは、このガスが浸透している海底の亀裂に沿ってメタンを食べる細菌を発見しました。 これらの亀裂は、2つの構造プレートが互いにぶつかる場所でしばしば起こります。いくつかの細菌は、彼らが学んだ、古細菌（Ar-KEE-uh）と呼ばれる他の単細胞生物と提携することによってのみメタンを食べることができます。
その重要な詳細は、メタンが空気中にどれくらい逃げているかを科学者がよりよく予測するのに役立つだろう、とOrphanは言う。
トレンチ内の
メタンを食べる人は、科学者に興味を持つ唯一の深海細菌ではありません。 「深海にはかなりクールな微生物が生息しています」とJennifer Biddle氏は言います。 彼女はニューアークのデラウェア大学の海洋微生物学者です。 ビドルは深海のトレンチに生息する細菌を研究しています。p>
これらの水中峡谷は、地球上で最も研究されていない場所のいくつかです。 彼らは信じられないほど到達するのは難しいです。 チャレンジャー Deepは、地球上で最も深い既知のスポットの記録を獲得します。 西太平洋のマリアナ海溝の底にあるチャレンジャー海淵は、海面の下に約11キロメートル（7マイル以上）に位置しています。 世界で最も高い山であるエベレストがマリアナ海溝に座っていた場合、そのピークはまだ波の下にマイル以上になるでしょう。
マリアナ海溝は、人生が生き残るための最も厳しい場所の一つです。
ゼロ太陽光がそれに到達します。 その温度は極寒です。 クジラや魚などの大きな動物は、そこに強い圧力がそれらを粉砕するので、訪問することはできません。 地元の人々のほとんどが微視的であることを、その後、少し驚き。 彼らはその極端な条件に適応しています。
ビドルと他の科学者たちは、深海探検家と提携して、チャレンジャー深海に潜水艦を送りました。 ジェームズ-キャメロンが船を操縦した。 （彼はアバターとタイタニックで有名な映画監督です。)キャメロンは2012年3月に「ディープシー・チャレンジ3D」というドキュメンタリーを制作しながら、チャレンジャーの底部を訪れましたが、サブのトレックは、大画面のための魅惑的なビデオを得るためだけではありませんでした。 船はまた、海溝の底から堆積物を持ち帰った。
ビドルと他の科学者は、DNAのためにその堆積物をスクリーニングしました。
彼らは身近な細菌の遺伝子を偵察していました。 彼らはParcubacteriaとして知られているいくつかの証拠を上げた。科学者たちは、この大きなグループの細菌が2011年まで存在していたことさえ知りませんでした。
当時、彼らは土地のいくつかの場所から地下水や汚れでいくつかを発見しました。 しかし、ビドルのグループは今、それはまた、海の最もアクセスできない深さの一つで生き残る示しました。
ここで、トレンチの床では、微生物は酸素ではなく窒素を呼吸していました（陸上で行ったように）。 そして、それは理にかなっています。 彼らの家は酸素へのアクセスがほとんどなかったので、彼らは窒素に適応していました。
私たちはそのようなあまり知られていない細菌を見つけるより多くの場所、ビドルは言う、より多くの我々は彼らが彼らの生態系のために何をす
物語はビデオの下に続きます。
パンからバイオ燃料へ
私たちのキッチンや堆肥ヒープの細菌でさえ、科学者に興味を持っています。
サワー種のパンは、パン粉の糖に細菌のミックスがむしゃむしゃするときに、そのユニークなタルトの味を取得します。 それらの細菌は二酸化炭素、酸および他の風味豊かな混合物を作る。 しかし、機能するためには、サワー種の細菌は彼らの友人を必要とします。 混合物からただ一つの細菌種を分離し、化学反応は起こりません。 サワー種なし。微生物学者スティーブ*シンガーは、サンフランシスコ、サワー種のパンで有名なカリフォルニア州の都市の近くに住んでいます。
彼はローレンス-バークレー国立研究所のエネルギー省で働いています。 そして、彼はより良いバイオ燃料を作るためにサワー種の教訓を使うことができると疑った。 これらの植物基づかせていた燃料は車かトラックに動力を与えることができる。 彼らは化石燃料よりも地球に優しいという意味の「緑」と考えられています。
バイオ燃料を作るためには、科学者は植物を糖に分解しなければなりません。 これらの糖は、エタノール（アルコールの一種）などの燃料に変換することができます。 植物を分解する化学反応は、酵素からの助けを必要とします。 これらは、化学反応をジャンプ開始またはスピードアップする分子です。バイオ燃料を作るために現在使用されている酵素は高価です。
彼らはまた、うまく動作しません、歌手は言います。 だからこそ、世界中の研究者は、コストを下げ、バイオ燃料の生産をスピードアップする可能性のある酵素を探しています。
彼は彼らのための彼の検索を堆肥の山に変えた。 そこでは、細菌のコミュニティは、腐敗した果物や野菜を分解する作業に苦労していました。歌手は堆肥の小さなサンプルを彼の研究室に持ち帰った。
歌手は堆肥の小さなサンプルを彼の研究室に持ち帰った。
こで、彼は堆肥からの細菌をビーカーの中で成長させました。 その後、彼はこれらの細菌が作った酵素を収集し、他の植物のビットでそれらをテストしました。 それは働いた：酵素は植物を糖に分解した。
サワー種の細菌が機能するために彼らの友人を必要とするのと同じように、シンガーは、これらの微生物は、彼らが異なる堆肥細菌の堅牢なコミュ シンガーは現在、彼のプロジェクトをスケールアップしています。 彼のチームは、バイオリアクターと呼ばれる巨大な大桶で細菌を成長させています。 彼は新しい酵素をたくさん作った後、植物廃棄物を燃料に変換するために既存の酵素よりも優れているかどうかをテストすることができます。
“環境から何かを取り出し、それがどのように機能するかを理解しようとすることは、微生物学者であることの最良の部分の一つです”とSingerは言いま
メタ微生物
シンガーは、どの細菌がそれらを作っているかを知らずに彼の新しい酵素を研究しています。 これは珍しいことではありません。 細菌は肉眼では見えません。 顕微鏡でも、二つの種を区別することは難しいことができます。 彼らは鳥や花の二つの種かもしれないほど異なって見えません。科学者たちは、細菌を区別し、彼らが新しいものにつまずいたときに知っている別の方法を必要としていました。
この探偵への鍵：DNA。
すべての生物は、その環境全体に小さなDNAを流します。 “それは指紋のようなものです。 それぞれがユニークです”とKelly Ramirez氏は説明しています。 ヴァーゲニンゲンのオランダ生態学研究所で細菌を研究している。
あなたの台所のカウンターを綿棒し、あなたは（あなたとあなたの両親から）人間のDNAを見つけるかもしれません。 いくつかの植物DNA（あなたが切った野菜から）と真菌からのものがあるかもしれません。 あなたがペットを持っている場合でも、いくつかの犬や猫のDNAがあるかもしれません。 あなたはまた、細菌のDNAの束を得るでしょう、よく、細菌aはどこでも！
キャストオフ遺伝ビットのすべては、環境DNA、またはeDNAとして知られています。p>
科学者たちは、新しい細菌を発見するためにこれらの遺伝的指紋を使用することができ、ラミレス 彼らはちょうど実験室に汚れや海水や堆肥の任意の少しを持参し、それに何があるかをチェックアウトする必要があります。環境内のすべての遺伝物質の合計は、メタゲノム（MET-uh-GEE-noam）と呼ばれます。
環境内のすべての遺伝物質の合計は、メタゲノム（MET-uh-GEE-noam）と呼ばれます。 それをDNAスープと考えてください。 異なる生物の遺伝子を構築するために使用されるすべての分子は、一緒にごちゃ混ぜされています。
科学者たちは混乱を解くためにコンピュータを使用しています。
ふるいのように、コンピュータプログラムはスープをフィルタリングします。 彼らは、遺伝的配列として知られているおなじみのパターンを探します。 彼らは生物のDNA指紋を形成します。 科学者が認識しない指紋を見つけた場合、それはいくつかの新しい種からのものである可能性があります。科学者たちは、これらのパターンを使い慣れた細菌の指紋と比較して、新しい細菌が生命の木の中にどこにあるかを確認することができます。
「新しい微生物を見ることなく発見できるようになりました」と、デラウェア大学のBiddle氏は説明します。
生命の木の細菌の四肢は、歴史の中でいつでもより速く新しい芽や枝を発芽させています。 三十年前、地球上のすべての既知の単細胞生物は、ダースの主要なグループに収まります。 現在、約120の既知のグループ、またはphyla（FY-lah）があります。 そして、各グループの名前付き細菌の数は毎日成長します。何百万もの新しい細菌のDNA配列を追加すると、何が得られますか？
小さな生命、ビッグデータ
何百万もの新しい細菌のDNA配列を追加すると、何が得 たくさんのデータがありますあなたは惑星を機械として考えることができ、地球上のすべての生態系を機械の部品として考えることができます、とJack Gilbertは言います。 細菌DNAに関するこれらすべてのデータは、「機械を構成する部品とそれらがどのように連携するかを理解する」ための鍵です。 Gilbertはシカゴ、病気の近くのArgonneの国民の実験室の微生物学者である。
彼のチームは、これらのデータを地球上のすべての細菌の仮想カタログに整理しようとしています。 地球マイクロバイオームプロジェクトと呼ばれています 世界中の1,000人以上の科学者がサンプルの収集を支援しています。 彼らはさまざまな環境のホストを探して、細菌のDNAをテストしています。
これまでのところ、研究者は100,000のサンプルを収集しています。 彼らは最も深い海からの細菌をカタログ化しました。 彼らは地球上の約350キロメートル（220マイル）の国際宇宙ステーションで細菌を発見しました。 彼らはアマゾンの熱帯雨林のようなエキゾチックな場所や公衆トイレのような普通の場所で細菌を発見しました。
どの細菌がそこに潜んでいるのか、そしてその理由を発見することは、私たちが地球上の生命と考える広大な機械をどのように駆動するのかを理解するための最初のステップです。 細菌について学ぶことは、私たちの惑星がどのように機能するかについての質問に答えるのに役立つかもしれない、とGilbert氏は言う。 細菌は、なぜ海のサンゴ礁が生命に満ちているのかを説明するかもしれません。 あるいは、彼らはなぜ北米の草原の土壌が作物を植えるのにとても良いのかを説明することができます。
それがこの検索が非常に重要な理由です、と彼は言います：”これは私たちが惑星をよりよく世話するのを助けることができる知識です。”