Caltech-microbiologen hebben bacteriën ontdekt die zich voeden met mangaan en het metaal gebruiken als hun bron van calorieën. Het bestaan ​​van dergelijke microben werd meer dan een eeuw geleden voorspeld, maar tot nu toe was er geen gevonden of beschreven.

"Dit zijn de eerste bacteriën waarvan is vastgesteld dat ze mangaan als brandstofbron gebruiken, " zegt Jared Leadbetter, hoogleraar milieumicrobiologie aan Caltech die, in samenwerking met postdoctoraal wetenschapper Hang Yu, beschrijft de bevindingen in het 16 juli nummer van het tijdschrift Natuur . "Een prachtig aspect van microben in de natuur is dat ze schijnbaar onwaarschijnlijke materialen kunnen metaboliseren, zoals metalen, energie leveren die nuttig is voor de cel."

De studie laat ook zien dat de bacteriën mangaan kunnen gebruiken om koolstofdioxide om te zetten in biomassa, een proces genaamd chemosynthese. Eerder, onderzoekers wisten van bacteriën en schimmels die mangaan konden oxideren, of het van elektronen ontdoen, maar ze hadden alleen gespeculeerd dat nog te identificeren microben het proces zouden kunnen gebruiken om groei te stimuleren.

Leadbetter vond de bacteriën toevallig na het uitvoeren van niet-gerelateerde experimenten met een licht, krijtachtige vorm van mangaan. Hij had een glazen pot, bevuild met de substantie, in de gootsteen van zijn Caltech-kantoor in kraanwater laten weken voordat hij enkele maanden vertrok om buiten de campus te werken. Toen hij terug kwam, de pot was bedekt met een donker materiaal.

"Ik dacht, 'Wat is dat?'", legt hij uit. "Ik begon me af te vragen of lang gezochte microben verantwoordelijk zouden kunnen zijn, dus hebben we systematisch tests uitgevoerd om dat uit te zoeken."

De zwarte coating was in feite geoxideerd mangaan, gegenereerd door nieuwe bacteriën die waarschijnlijk uit het kraanwater zelf kwamen. "Er zijn aanwijzingen dat familieleden van deze wezens in grondwater leven, en een deel van Pasadena's drinkwater wordt opgepompt uit lokale watervoerende lagen, " hij zegt.

Mangaan is een van de meest voorkomende elementen op het aardoppervlak. Mangaanoxiden hebben de vorm van een donkere, klonterige substantie en komen veel voor in de natuur; ze zijn aangetroffen in ondergrondse afzettingen en kunnen zich ook vormen in waterdistributiesystemen.

"Er is een hele reeks milieutechnische literatuur over drinkwaterdistributiesystemen die verstopt raken door mangaanoxiden, ", zegt Leadbetter. "Maar hoe en om welke reden dergelijk materiaal daar wordt gegenereerd, is een raadsel gebleven. Duidelijk, veel wetenschappers zijn van mening dat bacteriën die mangaan gebruiken voor energie verantwoordelijk kunnen zijn, maar bewijs ter ondersteuning van dit idee was tot nu toe niet beschikbaar."

De bevinding helpt onderzoekers de geochemie van grondwater beter te begrijpen. Het is bekend dat bacteriën verontreinigende stoffen in grondwater kunnen afbreken, een proces genaamd bioremediatie. Wanneer u dit doet, verschillende belangrijke organismen zullen mangaanoxide "verminderen", wat betekent dat ze er elektronen aan doneren, op een manier die vergelijkbaar is met hoe mensen zuurstof in de lucht gebruiken. Wetenschappers hebben zich afgevraagd waar het mangaanoxide vandaan komt.

"De bacteriën die we hebben ontdekt, kunnen het produceren, dus genieten ze van een levensstijl die ook dient om de andere microben te voorzien van wat ze nodig hebben om reacties uit te voeren die wij als heilzaam en wenselijk beschouwen, ', zegt Leadbeter.

De onderzoeksresultaten zijn mogelijk ook relevant voor het begrijpen van mangaanknobbeltjes die op een groot deel van de zeebodem liggen. Deze ronde metalen ballen, die zo groot kan zijn als grapefruit, waren al bekend bij mariene onderzoekers tijdens de cruises van de HMS Challenger in de jaren 1870. Vanaf dat moment, dergelijke knobbeltjes zijn gevonden op de bodem van veel van de oceanen van de aarde. In recente jaren, mijnbouwbedrijven hebben plannen gemaakt om deze knollen te oogsten en te exploiteren, omdat zeldzame metalen er vaak geconcentreerd in worden aangetroffen.

Maar er is weinig bekend over hoe de knobbeltjes zich in de eerste plaats vormen. Yu en Leadbetter vragen zich nu af of microben vergelijkbaar met wat ze in zoet water hebben gevonden, een rol kunnen spelen en ze zijn van plan het mysterie verder te onderzoeken. "Dit onderstreept de noodzaak om mangaanknobbeltjes in de zee beter te begrijpen voordat ze worden gedecimeerd door mijnbouw, " zegt Yu.

"Deze ontdekking van Jared en Hang vult een grote intellectuele leemte in ons begrip van de elementaire cycli van de aarde, en draagt ​​bij aan de verschillende manieren waarop mangaan, een diepzinnig maar gewoon overgangsmetaal, heeft de evolutie van het leven op onze planeet gevormd, " zegt Woodward Fischer, hoogleraar geobiologie aan Caltech, die niet bij het onderzoek betrokken was.