Arseen is een dodelijk gif voor de meeste levende wezens, maar nieuw onderzoek toont aan dat micro-organismen arseen inademen in een groot deel van de Stille Oceaan. Een team van de Universiteit van Washington heeft ontdekt dat een oude overlevingsstrategie nog steeds wordt gebruikt in zuurstofarme delen van het mariene milieu.

"Als je aan arseen denkt dat het niet alleen een slechterik is, maar ook even voordelig, heeft de manier waarop ik het element bekijk hervormd, " zei eerste auteur Jaclyn Saunders, die het onderzoek voor haar proefschrift deed aan de UW en nu een postdoctoraal onderzoeker is bij de Woods Hole Oceanographic Institution en het Massachusetts Institute of Technology.

Het onderzoek is deze week gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"We weten al heel lang dat er zeer lage niveaus van arseen in de oceaan zijn, " zei co-auteur Gabrielle Rocap, een UW hoogleraar oceanografie. "Maar het idee dat organismen arseen zouden kunnen gebruiken om de kost te verdienen - het is een heel nieuw metabolisme voor de open oceaan."

De onderzoekers analyseerden zeewatermonsters uit een gebied onder het oppervlak waar zuurstof bijna afwezig is, het leven dwingen om andere strategieën te zoeken. Deze regio's kunnen onder klimaatverandering uitbreiden.

"In sommige delen van de oceaan is er een sandwich met water waar geen meetbare zuurstof is, " zei Rocap. "De microben in deze regio's moeten andere elementen gebruiken die als elektronenacceptor fungeren om energie uit voedsel te halen."

De meest voorkomende alternatieven voor zuurstof zijn stikstof of zwavel. Maar het vroege onderzoek van Saunders suggereerde dat arseen ook zou kunnen werken, spoorde haar aan op zoek te gaan naar het bewijs.

Het team analyseerde monsters die waren verzameld tijdens een onderzoekscruise in 2012 naar de tropische Stille Oceaan, voor de kust van Mexico. Genetische analyses van DNA geëxtraheerd uit het zeewater vonden twee genetische routes waarvan bekend is dat ze op arseen gebaseerde moleculen omzetten als een manier om energie te winnen. Het genetische materiaal was gericht op twee verschillende vormen van arseen, en auteurs geloven dat de routes voorkomen in twee organismen die arseen heen en weer bewegen tussen verschillende vormen.

De resultaten suggereren dat arseen-ademende microben minder dan 1% van de microbenpopulatie in deze wateren uitmaken. De microben die in het water zijn ontdekt, zijn waarschijnlijk in de verte verwant aan de arseen-ademende microben die worden aangetroffen in warmwaterbronnen of besmette locaties op het land.

"Wat ik het coolste vind aan deze arseen-ademende microben die tegenwoordig in de oceaan bestaan, is dat ze de genen ervoor tot expressie brengen in een omgeving die vrij weinig arseen bevat, Saunders zei. "Het opent de grenzen waar we zouden kunnen zoeken naar organismen die arseen inademen, in andere arseenarme omgevingen."

Biologen geloven dat de strategie een overblijfsel is uit de vroege geschiedenis van de aarde. In de periode dat het leven op aarde ontstond, zuurstof was schaars in zowel de lucht als in de oceaan. Zuurstof kwam pas in overvloed in de atmosfeer van de aarde terecht nadat fotosynthese wijdverbreid was en kooldioxidegas in zuurstof had omgezet.

Vroege levensvormen moesten energie winnen met behulp van andere elementen, zoals arseen, wat in die tijd waarschijnlijk vaker voorkwam in de oceanen.

"We vonden de genetische handtekeningen van paden die er nog steeds zijn, overblijfselen van de vroegere oceaan die tot op de dag van vandaag bewaard zijn gebleven, ', aldus Saunders.

Arseen-ademende populaties kunnen weer groeien onder klimaatverandering. Zuurstofarme regio's zullen naar verwachting uitbreiden, en er wordt voorspeld dat opgeloste zuurstof in het hele mariene milieu zal dalen.

"Voor mij, het laat gewoon zien hoeveel er nog in de oceaan is dat we niet weten, ' zei Rocap.

Saunders heeft onlangs meer watermonsters uit dezelfde regio verzameld en probeert nu de arseen-ademende mariene microben in een laboratorium te kweken om ze nader te bestuderen.

"Op dit moment hebben we stukjes en beetjes van hun genomen, net genoeg om te zeggen dat ja, ze doen deze arseentransformatie, Rocap zei. "De volgende stap zou zijn om een ​​heel genoom samen te stellen en uit te zoeken wat ze nog meer kunnen doen, en hoe dat organisme in de omgeving past."