ΒΙΟΛΟΓΙΑ

Τα Αvatar της φύσης

Ε, λοιπόν, η φαντασία δεν ξεπερνά πάντα την πραγματικότητα! Σε ορισμένες περιπτώσεις η φύση έχει προηγηθεί προ πολλού της ανθρώπινης φαντασίας. Οσοι εντυπωσιαστήκαμε από το εύρημα της ταινίας «Αvatar» (όπου οι πολίτες της Πανδώρας συνδέονται ηλεκτρικά με ένα δίκτυο που ενώνει όλα τα στοιχεία της βιόσφαιρας, από τα φωσφορίζοντα φυτά ως τα πουλιά που μοιάζουν με τον πτεροδάκτυλο), καλό θα ήταν να γνωρίζουμε ότι το ποικιλοτρόπως αλληλοσυνδεόμενο οικοσύστημα της Πανδώρας έχει όχι …

Ε, λοιπόν, η φαντασία δεν ξεπερνά πάντα την πραγματικότητα! Σε ορισμένες περιπτώσεις η φύση έχει προηγηθεί προ πολλού της ανθρώπινης φαντασίας. Οσοι εντυπωσιαστήκαμε από το εύρημα της ταινίας «Αvatar» (όπου οι πολίτες της Πανδώρας συνδέονται ηλεκτρικά με ένα δίκτυο που ενώνει όλα τα στοιχεία της βιόσφαιρας, από τα φωσφορίζοντα φυτά ως τα πουλιά που μοιάζουν με τον πτεροδάκτυλο), καλό θα ήταν να γνωρίζουμε ότι το ποικιλοτρόπως αλληλοσυνδεόμενο οικοσύστημα της Πανδώρας έχει όχι ένα, αλλά τουλάχιστον δύο αντίστοιχα επάνω στη Γη, ενώ είναι πολύ πιθανόν ο αριθμός να είναι μεγαλύτερος: βεβαίως δεν πρόκειται για ανθρώπους αλλά για μικροοργανισμούς με ιδιάζουσες τροφικές απαιτήσεις.

Καλωδιωμένος υπεροργανισμός
Το πρώτο αντίστοιχο αφορά βακτήρια τα οποία καταναλώνουν θείο και ζουν σε λασπώδη ιζήματα στο ωκεάνιο έδαφος. Για καιρό οι ερευνητές πίστευαν ότι τα βακτήρια που διαβιούν σε αυτά τα ωκεάνια ιζήματα θα ήταν συνδεδεμένα μέσω ενός δικτύου μικροβιακών νανοκαλωδίων. Αυτά τα εξαιρετικά λεπτά πρωτεϊνικά νημάτια θα μπορούσαν να κατευθύνουν τη μετακίνηση ηλεκτρονίων από και προς τα βακτήρια, επιτρέποντας έτσι σε κοινότητες βακτηρίων να λειτουργήσουν σαν υπεροργανισμός. Οντως, πριν από μερικούς μήνες ο Lars Ρeter Νielsen και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο του Αarhus στη Δανία απέκτησαν ενδείξεις που υποστηρίζουν αυτή την αμφιλεγόμενη θεωρία.

«Η ανακάλυψη είναι σχεδόν μαγική» δήλωσε ο Νίλσεν και πρόσθεσε: «Ερχεται σε αντίθεση με ό,τι είχαμε μάθει έως σήμερα. Οι μικροοργανισμοί φαίνεται ότι μπορούν να ζήσουν σε ηλεκτρική συμβίωση σε όλο το εύρος μεγάλων αποστάσεων. Η αντίληψή μας σχετικά με το πώς είναι η ζωή τους,τι είναι ικανά να κάνουν και τι όχι,όλα αυτά είναι θέματα τα οποία πρέπει να τα σκεφτούμε με έναν διαφορετικό τρόπο τώρα».

Πολλά είδη θαλάσσιων βακτηρίων παράγουν ενέργεια από την οξείδωση του αερίου υδρόθειου, το οποίο είναι κοινό σε ωκεάνια ιζήματα. Για να το επιτύχουν αυτό τα βακτήρια χρειάζονται πρόσβαση στο οξυγόνο που είναι διαλυμένο στο νερό της θάλασσας, προκειμένου να μεταφερθούν εκεί και να απομακρυνθούν τα ηλεκτρόνια που παράγονται από τη διάσπαση των σουλφιδίων. Ο Νίλσεν και οι συνεργάτες του πήραν δείγματα πλούσιων σε βακτήρια ιζημάτων από τον βυθό κοντά στο Αarhus. Στο εργαστήριο αρχικά αφαίρεσαν και στη συνέχεια επαναπροσέθεσαν το οξυγόνο στο νερό επάνω από τα δείγματα. Προς μεγάλη τους έκπληξη, οι μετρήσεις του υδρόθειου αποκάλυψαν ότι τα βακτήρια σε αρκετό βάθος από την επιφάνεια άρχισαν να αποικοδομούν το αέριο πολύ πριν το επανεισηγμένο οξυγόνο προλάβει να διαχυθεί ως εκεί.

Ηλεκτρική συμβίωση

Βακτήρια του γένους Geobacter μεγαλώνουν πάνω σε ηλεκτρικό καλώδιο

Ο Νίλσεν εκτιμά ότι ένα δίκτυο από πρωτεϊνικά καλώδια που συνδέουν τα βακτήρια μεταξύ τους καθιστά δυνατό αυτό το φαινόμενο, επιτρέπει δηλαδή στην οξειδωτική αντίδραση να συμβεί μακριά από το οξυγόνο που την υποστηρίζει. Τα καλώδια μεταφέρουν ηλεκτρόνια από βακτήρια που διαβιούν σε βαθύτερα φτωχά σε οξυγόνο ιζήματα σε βακτήρια που διαβιούν στην πλούσια σε οξυγόνο λάσπη κοντά στην επιφάνεια του βυθού. Εκεί απαλλάσσονται από το οξυγόνο και ολοκληρώνουν την αντίδραση. Ο Νίλσεν αποκαλεί αυτή τη διαδικασία «ηλεκτρική συμβίωση».

Και άλλες ενδείξεις υποστηρίζουν αυτή την ιδέα. Για χρόνια οι γεωχημικοί γνώριζαν ότι τα μικρόβια δημιουργούν ένα μικρής ισχύος ρεύμα στο ωκεάνιο έδαφος- μια διαδικασία την οποία αρκετές ερευνητικές ομάδες αξιοποιούν για τη δημιουργία μικροβιακών μπαταριών. «Αλλά οι επιστήμονες εστίασαν στην παραγωγή ενέργειας.Ετσι άφησαν πίσω τα ερωτήματα σχετικά με το τι συμβαίνει στη φύση και γιατί τα βακτήρια μπορεί να διαθέτουν αυτή την ικανότητα ανταλλαγής ηλεκτρονίων» λέει ο Νίλσεν.

Ανταλλαγή ηλεκτρονίων μεταξύ ειδών!
Και ενώ ο Νίλσεν και οι συνεργάτες του σχεδιάζουν να αναζητήσουν νανοκαλώδια σε άλλα φυσικά συστήματα, αμερικανοί συνάδελφοί τους στο Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης στο Αμχερστ πέτυχαν να καλλιεργήσουν μια ασυνήθιστη αποικία συμβιωτικών βακτηρίων. Τα βακτήρια ανήκουν σε δύο διαφορετικά είδη, αλλά δεν μπορούν να ζήσουν το ένα χωρίς το άλλο. Το ένα είδος είναι το Geobacter metallireducens, το οποία διασπά την αιθανόλη προκειμένου να παραγάγει την απαιτούμενη για τη διαβίωσή του ενέργεια. Για να μπορέσει ωστόσο το βακτήριο αυτό να προβεί σε διάσπαση της αιθανόλης θα πρέπει να διαθέτει έναν αποδέκτη των ελεύθερων ηλεκτρονίων που προκύπτουν. Αυτή ακριβώς την ανάγκη του Geobacter metallireducens έρχεται να συμπληρώσει το δεύτερο βακτηριακό είδος, το Geobacter sulfurreducens, το οποίο αδυνατεί μεν να διασπάσει την αιθανόλη, αλλά μπορεί να δεχθεί ηλεκτρόνια. Η συνεργασία των δύο ειδών καθίσταται δυνατή χάρη στην ανάπτυξη νανοκαλωδίων μέσω των οποίων γίνεται η μεταφορά των ηλεκτρονίων.

Οι αμερικανοί ερευνητές, υπό τη διεύθυνση του Ντέρεκ Λάβλεϊ, συνκαλλιέργησαν σε εργαστηριακές συνθήκες τα δύο βακτήρια και χρειάστηκε να περιμένουν μερικούς μήνες ώσπου να δημιουργηθούν τα νανοκαλώδια, τα οποία θα επέτρεπαν στους μικροοργανισμούς να αξιοποιήσουν την αιθανόλη που υπήρχε στο θρεπτικό υλικό. Προς μεγάλη έκπληξη των επιστημόνων τα νανοκαλώδια ήταν κόκκινου χρώματος, καθώς επιστρώνονταν από κυτόχρωμα, μια πρωτεΐνη κόκκινου χρώματος.

Προκειμένου να διερευνήσουν τον ρόλο του κυτοχρώματος στη σχέση των δύο βακτηριακών ειδών οι αμερικανοί ερευνητές απενεργοποίησαν το γονίδιο που ευθύνεται για την παραγωγή του κυτοχρώματος στο Geobacter sulfurreducens. Διαπίστωσαν ότι η αιθανόλη παρέμενε άθικτη στο θρεπτικό υλικό. Μόνο μετά την ενεργοποίηση του γονιδίου του κυτοχρώματος παρατηρήθηκε ο σχηματισμός των νανοκαλωδίων και άρχισε η διάσπαση της αιθανόλης. Σύμφωνα με τον Λάβλεϊ, τα δύο είδη βακτηρίων έχουν αναπτύξει μια ηλεκτρική συμβιωτική σχέση με αμοιβαία οφέλη, μια σχέση που τους επιτρέπει, αν παραστεί ανάγκη, να τραφούν με αιθανόλη.

Ευρήματα όπως αυτά των Λάβλεϊ και Νίλσεν αναγκάζουν τους ερευνητές να θέσουν νέα ερωτήματα, τα οποία δεν αφορούν μόνο τους μικροοργανισμούς. Θα μπορούσαν άραγε τα ανθρώπινα κύτταρα να συνδέονται ή να επικοινωνούν με άγνωστους μέχρι στιγμής τρόπους; Και αν η απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι θετική, ποιες θα ήταν οι συνέπειες για τη διάγνωση και τη θεραπεία ασθενειών; Το μέλλον θα δείξει αν το Αvatar εκτείνεται και μέσα μας…

ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ

Ακολουθήστε στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
Δείτε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις από την Ελλάδα και τον Κόσμο, από
Science
ΒΗΜΑτοδότης
Σίβυλλα
Helios Kiosk