Bakterier er rundt oss – og det er greit

Victoria Orphan har elsket havet så lenge hun kan huske. Hun pleide å snorkle I Stillehavet nær familiens hjem I San Diego, Calif. Hun tok tak i masken og snorkelrøret for å besøke den skjulte verden av planter og dyr under havets overflate. Orphan gikk på college ved University Of California, Santa Barbara tidlig på 1990-tallet. der oppdaget hun noe som forandret måten hun tenkte på havene – og livet på Jorden.

En annen student viste henne et lite hetteglass med sjøvann. Orphan syntes ikke det så så interessant ut. Det var bare vanlig gammelt vann. Så la den andre studenten et fluorescerende kjemikalie til vannet og skinnet ultrafiolett lys på det. Røret lyser opp som millioner av små bakterier begynte å gløde. Bare øyeblikk tidligere hadde mikroberene vært usynlige. «Disse små organismer var over alt,» sier Orphan, » og likevel kunne vi ikke se dem. Vi visste nesten ingenting om dem.»

Hun bruker nå dagene sine på å utforske denne skjulte encellede verdenen. Som geobiolog Ved Caltech I Pasadena, Calif. hun studerer hvordan bakterier og annet mikroskopisk liv former dyphavet.

Bakterier spiller sentrale roller i mange økosystemer. Disse inkluderer hav, jord og atmosfære. De er også en stor del av det globale matnettverket. Bakterier gjør det mulig for alt annet liv på Jorden å eksistere. Derfor sier forskere at disse enkeltcellede organismer er den usynlige ryggraden i alt liv-i hvert Fall på Jorden.

Likevel er det mye vi ikke vet om dem. Forskere tror de har identifisert færre enn en prosent av alle bakteriearter. Det har kjørt Orphan og andre for å utforske mysteriene i deres encellede verden. De mistenker at bakterier vil vise seg å være nøkkelen til å forstå — og beskytte — Jordens viktigste naturressurser.

metaneterne

noen bakterier spiser virkelig rare ting. Forskere har funnet bakterier som spiser bergarter — kloakk – selv atomavfall. Orphan studerer en type bakterier som lever på havbunnen og sluke opp metan.

Metan er en drivhusgass. Som karbondioksid og noen andre drivhusgasser, kommer det inn i luften når folk brenner olje, gass og kull. Det finnes også naturlige kilder til metan, som naturgass, risproduksjon og kugjødsel. Drivhusgasser fanger varme i atmosfæren. Et overskudd av disse gassene I Jordens atmosfære har oppvarmet det globale klimaet.

Metan kan sive ut Av Jorden på havbunnen. Noen forskere sier at enda mer metan ville rømme ut i atmosfæren hvis det ikke var for marine bakterier. Noen av disse bakteriene spiser på metan. Det gjør at havene kan fange en stor mengde gass. «Disse mikroorganismer er portvaktene. De forhindrer havmetan fra å komme inn i atmosfæren der Det kan forandre drivhusgassnivåer,» Forklarer Orphan.

Å Finne encellede organismer på det store havbunnen kan være en utfordring. Gjennom vinduet på en ubåt ser hun etter klynger av muslinger og gigantiske rør ormer. Disse organismene signaliserer at usynlige marine bakterier også bor der. Uansett hvor de metan-eaters lever, skaper de nye molekyler når de spiser. Andre organismer bruker de nye molekylene som mat. En hel mat web springer opp på havbunnen.Orphan og hennes team har funnet metan-spise bakterier langs sprekker på havbunnen, hvor denne gassen siver ut. Disse sprekkene skjer ofte der to tektoniske plater støter på hverandre.noen bakterier, de lærte, kan bare spise metan ved å samarbeide med andre encellede organismer kalt archaea (Ar-KEE-uh). Det viktig detalj kan hjelpe forskere bedre forutsi hvor mye metan rømmer ut i luften, sier Orphan.

i skyttergravene

Metanetere er ikke de eneste dyphavsbakteriene som interesserer forskere. «Dyphavet er hjem for noen ganske kule mikrober,» sier Jennifer Biddle. Hun er en marine mikrobiolog ved University Of Delaware I Newark. Biddle studerer bakterier som lever i dype havgraver.

disse undervanns canyons er noen av De minst studerte stedene på Jorden. De er utrolig vanskelig å nå. Challenger Deep vinner rekorden for det dypeste kjente stedet på planeten. På bunnen Av Mariana Trench, i det vestlige Stillehavet, Sitter Challenger Deep noen 11 kilometer (mer enn 7 miles) under havflaten. Hvis Mount Everest, verdens høyeste fjell, satt I Mariana Trench, ville toppen fortsatt være mer enn en kilometer under bølgene.Mariana Trench Er et av de tøffeste stedene for livet å overleve. Null sollys når den. Dens temperaturer er frigid. Store dyr, som hvaler eller fisk, kan ikke besøke fordi det intense presset der ville knuse dem. Litt overraskende er det at de fleste av lokalbefolkningen er mikroskopiske. De har tilpasset sine ekstreme forhold.Biddle og andre forskere slo seg sammen med dyphavsoppdagere for å sende en ubåt Til Challenger Deep. James Cameron kjørte båten. (Han er filmregissøren kjent For Avatar Og Titanic.) Cameron besøkte bunnen Av Challenger Deep I Mars 2012 mens han lagde en dokumentar kalt Deepsea Challenge 3D. men subens trek var ikke bare for å få fascinerende video for Den Store Skjermen. Fartøyet brakte også sediment fra bunnen av grøften.

Biddle og de andre forskerne screenet det sedimentet FOR DNA. De speidet etter gener av kjente bakterier. De viste opp bevis på noen kjent som Parcubacteria.Forskere visste ikke engang at denne store gruppen bakterier eksisterte til 2011. Da fant de noe i grunnvann og smuss fra noen få steder på land. Men Biddles gruppe viste nå at den også overlever i en av de mest utilgjengelige dypene av havet.

her, på grøftgulvet, pustet mikroberene nitrogen, ikke oksygen (som de gjorde på land). Og det gir mening. De hadde tilpasset seg nitrogen siden deres hjem hadde liten tilgang til oksygen. Jo flere steder vi finner slike lite kjente bakterier, Sier Biddle, jo mer kan vi lære om hva de gjør for deres økosystemer.

Historien fortsetter under videoen.

fra brød til biodrivstoff

selv bakterier i våre kjøkken og kompost hauger interesse forskere.

Surdeigsbrød får sin unike tartsmak når en blanding av bakterier smelter på sukkene i brødmel. Disse bakteriene gjør karbondioksid, syrer og andre smakfulle forbindelser. Men for å fungere, trenger surdeigsbakterier sine venner. Isoler bare en bakterieart fra blandingen, og den kjemiske reaksjonen vil ikke skje. Ingen surdeig.Mikrobiologen Steve Singer bor i Nærheten Av San Francisco, En California-by som er kjent for surdeigsbrød. Han jobber for Energidepartementet Ved Lawrence Berkeley National Laboratory. Og han mistenkte at han kunne bruke leksjonene fra surdeig til å lage bedre biodrivstoff. Disse plantebaserte drivstoffene kan drive biler eller lastebiler. De betraktes som «grønne», noe som betyr Mer Jordvennlig enn fossile brensler.

for å lage biodrivstoff må forskere bryte ned planter til sukker. Disse sukker kan deretter bli omgjort til drivstoff som etanol (en type alkohol). De kjemiske reaksjonene som bryter ned plantene krever hjelp fra enzymer. Dette er molekyler som hopper i gang eller øker kjemiske reaksjoner.

enzymene som i dag brukes til å lage biodrivstoff er dyre. De fungerer heller ikke bra, Sier Singer. Derfor søker forskere over hele verden etter enzymer som kan redusere kostnadene og øke produksjonen av biodrivstoff.

han vendte søket etter dem til kompostbunken. Der, bakterielle samfunn var hardt arbeid bryte ned råtnende frukt og grønnsaker.

Singer tok en liten prøve av komposten tilbake til laboratoriet. Der lot han bakterier fra komposten vokse i et beger. Senere samlet han enzymer som disse bakteriene laget og testet dem på andre plantebiter. Det virket: enzymene brøt ned plantene i sukker.Akkurat som surdeigsbakteriene trenger vennene sine til å fungere, oppdaget Singer at disse mikroberene bare produserte de nyttige enzymene når de var en del av robuste samfunn av forskjellige kompostbakterier. Singer er nå skalere opp sitt prosjekt. Hans team vokser bakterier i store kar som kalles bioreaktorer. Etter at han lager mange av de nye enzymene, kan han teste om de fungerer bedre enn eksisterende for å konvertere planteavfall til drivstoff.»Å Ta noe fra miljøet og prøve å finne ut hvordan det fungerer, er en av de beste delene av å være mikrobiolog,» Sier Singer.

Meta microbes

Singer studerer sine nye enzymer uten å vite hvilke bakterier som gjør dem. Dette er ikke så uvanlig. Bakterier er usynlige for det blotte øye. Selv med et mikroskop kan det være vanskelig å fortelle to arter fra hverandre. De ser ikke så forskjellige ut som to arter av fugler eller blomster.Forskere trengte en annen måte å fortelle bakterier fra hverandre og vite når de har snublet over nye. Nøkkelen til denne sleuthing: DNA.

alle organismer kaster LITT DNA gjennom hele sitt miljø. «Det er som et fingeravtrykk. Hver er unik,» forklarer Kelly Ramirez. Hun studerer bakterier Ved Netherlands Institute Of Ecology i Wageningen.

Swab kjøkkenbenken din, og du kan finne menneskelig DNA (fra deg og dine foreldre). Det kan være noen plante DNA (fra veggies du bare kutte opp) og fra en sopp eller to. DET kan også være noen hund ELLER katt DNA hvis du har et kjæledyr. Du vil også få en haug med bakteriell DNA fordi, vel, bakterier overalt!

alle cast-off genetiske biter er kjent som miljø-DNA, eller eDNA.

Forskere kan bruke disse genetiske fingeravtrykkene til å oppdage nye bakterier, bemerker Ramirez. De trenger bare å ta med litt smuss eller sjøvann eller kompost til et laboratorium og sjekke ut hva som er i det.summen av alt genetisk materiale i et miljø kalles metagenomet (MET-uh-GEE-noam). Tenk PÅ DET SOM EN DNA-suppe. Alle molekylene som brukes til å bygge gener av forskjellige organismer er jumbled sammen.

Forskere bruker datamaskiner til å løse rotet.

som en sil filtrerer dataprogrammer suppen. De ser etter kjente mønstre kjent som genetiske sekvenser. De danner en organismes DNA-fingeravtrykk. Hvis forskere finner et fingeravtrykk de ikke gjenkjenner, kan det være fordi det er fra noen nye arter.Forskere kan sammenligne disse mønstrene med fingeravtrykk av kjente bakterier for å se hvor de nye bakteriene faller innenfor livets tre. «Vi kan nå oppdage nye mikrober uten å se dem,» forklarer Biddle ved University Of Delaware.den bakterielle lemmen av livets tre sprer nye skudd og grener raskere enn noen gang i historien. For tretti år siden passer alle kjente enkeltcellede organismer på planeten inn i et dusin hovedgrupper. Nå er det ca 120 kjente grupper, eller phyla (FY-lah). Og antall navngitte bakterier i hver gruppe vokser daglig.

Lite liv, store data

Hva får du når DU legger SAMMEN DNA-sekvensene til millioner av nye bakterier? Mye og mye data.Du kan tenke på planeten som en maskin, og alle økosystemene På Jorden som maskinens deler, Sier Jack Gilbert. Alle disse dataene på bakterielt DNA er nøkkelen til å «forstå delene som utgjør maskinen og hvordan de alle jobber sammen,» sier han. Gilbert er en mikrobiolog Ved Argonne National Laboratory nær Chicago, Ill.teamet hans prøver å organisere disse dataene i en virtuell katalog over alle bakteriene på Jorden. Det kalles Earth Microbiome Project. Mer enn 1000 forskere rundt om i verden hjelper til med å samle prøver. De ser i en rekke forskjellige miljøer, og tester dem for bakterielt DNA.

hittil har forskerne samlet 100.000 prøver. De har katalogisert bakterier fra det dypeste hav. De har funnet bakterier på Den Internasjonale Romstasjonen, noen 350 kilometer (220 miles) over Jorden. De har oppdaget bakterier på eksotiske steder som Amazonas regnskog og vanlige steder som offentlige toaletter.Å Oppdage hvilke bakterier som lurer der — og hvorfor — Er det første skrittet for å forstå hvordan forskjellige økosystemer driver den enorme maskinen vi tenker på som liv på Jorden. Å lære om bakterier kan hjelpe oss med å svare på spørsmål om hvordan planeten vår fungerer, Sier Gilbert. Bakterier kan forklare hvorfor korallrev i havet vrimler av liv. Eller de kunne forklare hvorfor jordene I Den Nordamerikanske prærien er så gode for å plante avlinger.

det er derfor dette søket er så viktig, sier han: «dette er kunnskap som kan hjelpe oss med å ta bedre vare på planeten.”