UNSW-onderzoekers hebben ontdekt dat hun eerdere ontdekking van bacteriën die in de lucht op Antarctica leven, waarschijnlijk een proces is dat wereldwijd plaatsvindt, verdere ondersteuning van het mogelijke bestaan ​​van microbieel leven op buitenaardse planeten.

In hun eerste vervolg op een spraakmakende studie uit 2017, waaruit bleek dat microben op Antarctica een uniek vermogen hebben om in wezen van lucht te leven, onderzoekers van UNSW Sydney hebben nu ontdekt dat dit proces plaatsvindt in bodems over de drie polen van de wereld.

specifiek, onderzoekers ontdekten dat de doelwitgenen die verantwoordelijk zijn voor het atmosferische chemosynthesefenomeen dat ze ontdekten, overvloedig zijn en wijdverspreid zijn in de polaire bodems van Antarctica, Arctisch en Tibetaans plateau in de Hindu Kush-Himalaya.

Het nieuwe onderzoek werd deze maand gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers en was een samenwerking tussen UNSW, de Australische Antarctische Divisie en China's Institute of Tibetan Plateau Research.

Senior auteur van de studie, universitair hoofddocent Belinda Ferrari, van UNSW Wetenschap, zei dat leven in de lucht zo'n minimalistische manier was om te overleven dat hun bevindingen het microbiële leven op andere planeten verder mogelijk maakten.

"Dit is wat NASA's Mars 2020 Perseverance Rover wil doen - zoeken naar tekenen van oud microbieel leven in kernmonsters van Mars-gesteente en aarde, " zei prof Ferrari.

"Een toekomstige missie zal de monsters terug naar de aarde brengen en NASA-wetenschappers zullen de grond op dezelfde manier analyseren als wij, om te proberen te zien of er aanwijzingen voor het leven zijn."

Prof Ferrari zei dat de bevindingen van de onderzoekers betekenden dat microben die sporengassen gebruiken als hun energie- en koolstofbron om te groeien - in tegenstelling tot fotosynthese die licht gebruikt - geen proces geïsoleerd was op Antarctica.

"Er zijn waarschijnlijk hele ecosystemen die afhankelijk zijn van dit nieuwe microbiële koolstoffixatieproces waarbij microben de energie gebruiken die wordt verkregen door het inademen van atmosferisch waterstofgas om koolstofdioxide uit de atmosfeer in koolstof om te zetten - om te groeien, " ze zei.

"We denken dat dit proces gelijktijdig plaatsvindt met fotosynthese wanneer de omstandigheden veranderen, zoals tijdens de poolwinter wanneer er geen licht is, maar we streven ernaar deze hypothese in de volgende fase van ons onderzoek te bevestigen. Dus, terwijl er meer werk nodig is om te bevestigen dat deze activiteit wereldwijd plaatsvindt, het feit dat we de doelgenen in de bodem van de drie polen hebben gedetecteerd, betekent dat dit nieuwe proces waarschijnlijk plaatsvindt in koude woestijnen over de hele wereld, maar is tot nu toe gewoon over het hoofd gezien."

Antarctica, Bodem op het Noordpool- en Tibetaans plateau geanalyseerd

Onderzoekers analyseerden 122 bodemmonsters van 14 terrestrische koude woestijnlocaties op Antarctica (Windmill Islands en Vestfold Hills), het hoge Arctische en Tibetaanse plateau, die ze tussen 2005 en 2019 verzamelden.

De hoofdauteur van de studie, UNSW Ph.D. kandidaat Angelique Ray, zei dat een van de grote vragen die het team had toen ze klaar waren met hun vorige onderzoek, was of dit nieuwe proces van atmosferische chemosynthese - ook bekend als koolstoffixatie of koolstofput - op dezelfde manier plaatsvond op andere plaatsen in de wereld.

"Dus, deze keer hebben we een wereldwijde studie gedaan. We verzamelden de bovenste laag grond van 10 centimeter van verschillende locaties bij de drie polen, wat de diepte is waar de meeste organismen die we bestuderen worden gevonden, " ze zei.

"De grond op die locaties is het grootste deel van het jaar volledig bevroren - en er is niet veel grond omdat het voornamelijk rots is."

De onderzoekers extraheren DNA uit de bodemmonsters en sequensen vervolgens het DNA om de doelgenen te detecteren die verantwoordelijk zijn voor het proces van koolstoffixatie.

Mevrouw Ray zei dat de wetenschappers ook omgevingsanalyses van elke locatie hebben uitgevoerd om de omstandigheden te bepalen waaronder de microben leefden.

"Door te kijken naar de omgevingsparameters in de bodem, zo wisten we dat er weinig koolstof was, laag vochtgehalte en andere factoren die een rol spelen, " ze zei.

"Dus, we hebben de doelgenen voor het koolstoffixatieproces gecorreleerd met de verschillende locaties en ontdekten dat de locaties die droger zijn en minder voedingsstoffen bevatten - koolstof en stikstof - een groter potentieel hadden om dit proces te ondersteunen, wat logisch was."

Bevindingen om het denken over koolstoffixatie te veranderen

Prof Ferrari zei dat de bevindingen van de onderzoekers de manier zouden veranderen waarop wetenschappers dachten over de beperkingen die nodig zijn om leven te laten bestaan. evenals hoe microbiologie werd onderwezen.

"Door plaatsen buiten Antarctica te onderzoeken, we kunnen bepalen hoe belangrijk de bijdrage van deze nieuwe vorm van chemotrofie is aan het wereldwijde koolstofbudget, " ze zei.

"Voordat we dit nieuwe koolstofputproces ontdekten, de twee belangrijkste bekende chemotrofe vormen waren fotosynthese en geothermische chemotrofie - de laatste is waar bacteriën anorganische verbindingen zoals waterstofsulfide gebruiken om koolstof te fixeren. Maar nu hebben we ontdekt dat de genen die bij dit proces betrokken zijn, overvloedig aanwezig zijn in koude woestijnen, hoewel we hete woestijnen nog moeten bestuderen, onze bevinding geeft waarschijnlijk aan dat atmosferische chemosynthese bijdraagt ​​aan het wereldwijde koolstofbudget."

Prof Ferrari zei dat het waarschijnlijk was dat de bacteriën die op niets anders dan lucht leefden, belangrijke spelers waren geworden in de omgeving waarin ze leefden.

"Veel van deze ecosystemen zijn vrij droog en arm aan voedingsstoffen, dus, deze locaties worden meestal gedomineerd door bacteriën, " ze zei.

"Vooral op de oorspronkelijke Oost-Antarctische locaties die we hebben bestudeerd, er is niet veel anders dan wat mossen en korstmossen (schimmel). Omdat deze bacteriën zich hebben aangepast om te overleven en sporengassen kunnen gebruiken om te leven, hun omgeving heeft ze geselecteerd om een ​​belangrijke bijdrage te leveren aan hun ecosystemen."

Prof Ferrari zei dat de onderzoekers uitkeken naar nieuwe ontdekkingen op het gebied van koolstoffixatie.

"Als onderdeel van de volgende fase, we streven ernaar een van deze nieuwe bacteriën in het laboratorium te isoleren - om een ​​zuivere cultuur te verkrijgen, " ze zei.

"Dit is moeilijk omdat de bacteriën gewend zijn om op heel weinig te groeien en een agarplaat anders is dan hun natuurlijke omgeving. Hopelijk dan, we kunnen de omstandigheden die deze bacteriën nodig hebben om dit unieke proces van leven op lucht uit te voeren volledig begrijpen."