Barvan SEM stranskega produkta manganovega oksida, ki ga proizvajajo bakterije. (Hang Yu/Caltech) Ko se je mikrobiolog Jared Leadbeater po službenem potovanju prvič po mesecih vrnil v svojo pisarno, je ugotovil nekaj čudnega. Kremna spojina manganovega karbonata (MnCO3), ki je prekrivala stekleno posodo, ki jo je pustil namakati v umivalniku, je postala temna. Nekaj mu je ukradlo nekaj elektronov.
'Pomislil sem, 'Kaj je to?' rekel Leadbeater, raziskovalec na Kalifornijskem inštitutu za tehnologijo (Caltech). Temna snov je bila oblika manganovega oksida – produkta, ki nastane, ko manganovi ioni izgubijo elektrone in so podvrženi reakciji, imenovani oksidacija.
Toda nekaj je moralo sprožiti reakcijo - tat elektronov.
'Začel sem se spraševati, ali so morda odgovorni dolgo iskani mikrobi,' Leadbeater pojasnil , 'zato smo sistematično izvajali teste, da bi to ugotovili.'
Da bi preverili, ali se to res dogaja zaradi biološkega procesa, so Leadbeater in njegova ekipa več kozarcev premazali z MnCO3 in nekatere sterilizirali z žgočo paro (znano je, da je MnCO3 stabilen v teh pogojih).
Manganova spojina na teh ni potemnela (tudi leto kasneje), bučke, ki niso bile sterilizirane, pa so. Zato je moral biti tat elektronov nekaj, kar bi lahko uničila vroča para.
Torej so raziskovalci kultivirali, kar je bilo na kozarcih. Analiza RNA je razkrila 70 vrst bakterij, vendar je ekipa z nadaljnjimi testi uspela nekatere izključiti, dokler nista ostala samo dva možna krivca.
Oni so bili Nitrospire bakterije, ki je običajno v obliki polmeseca in paličaste oblike betaproteobakterija . Znano je, da sorodniki obeh vrst bakterij živijo v podtalnici.
„Izolirali smo [betaproteobakterijo] iz porušenih oksidov kot posamezne kolonije … vendar ta vrsta ne oksidira MnCO3 sama. Bodisi je Nitropirae edina odgovorna za oksidacijo Mn(II) ali pa je aktivnost konzorcijska,' je ekipa piše v novi študiji .
Ekipa je spoznala, da je bila kraja elektronov morda timsko delo. Toda kaj je bil motiv? Raziskovalci so imeli svoje sume.
V nekaterih svojih kulturah so uporabili mangan, označen z ogljikom 13, in seveda so bakterije te izotope ogljika vključile v svoja telesa.
To je potrdilo, da so domnevne bakterije avtotrofne – sposobne so proizvajati lastno hrano z uporabo vira energije.
Bakterije so uporabljale energijo manganovih elektronov za spreminjanje CO2 v uporaben ogljik, tako kot rastline uporabljajo sončno svetlobo za pretvorbo CO2 in vode v sladkorje in kisik med fotosintezo.
Ta proces se imenuje kemosinteza , in čeprav je znano, da se pojavljaz uporabo drugih kovin, smo prvič videli, da celice uporabljajo mangan na ta način.
'To so prve bakterije, ki uporabljajo mangan kot vir goriva,' pojasnil Leadbetter, čeprav so takšni mikrobi predvidevali, da obstajajo že pred več kot stoletjem.
Mangan je tudi za nas bistveno hranilo. Naša telesa ga uporabljajo za predelavo maščob in beljakovin ter tvorbo kosti, dobimo pa ga iz živil, kot so oreščki, čaji in listnata zelenjava.
Čeprav je eden najpogostejših elementov na površju našega planeta, veliko o manganu in njegovem ciklu na Zemlji ostaja skrivnost – vključno z njegovo nenavadno težnjo, da zamaši vodovodne cevi.
'Obstaja cel niz literature o okoljskem inženirstvu o sistemih za distribucijo pitne vode, ki jih zamašijo manganovi oksidi,' rekel Leadbetter.
'Toda kako in zakaj nastane takšno gradivo tam, ostaja uganka. Jasno je, da so številni znanstveniki menili, da so bakterije, ki uporabljajo mangan za energijo, morda odgovorne, vendar dokazi, ki podpirajo to idejo, do zdaj niso bili na voljo.'
Manganov oksid se prav tako skrivnostno pojavlja kot vozlički na večjem delu morskega dna, mangan pa je vključen v številne med seboj povezane cikle elementov, vključno z ogljikom, dušikom, železom in kisikom.
Torej bi lahko obstoj tatov mangana, ki kradejo elektrone, kot so te na novo odkrite bakterije, marsikaj pojasnil.
Raziskovalci pravijo, da bi podvojitveni časi in stopnje oksidacije bakterijskih celic ustvarili manganove okside v količinah, enakovrednih svetovnim rezervam, v samo dveh letih.
Zdi se, da so bližnji sorodniki teh vrst prisotni na mnogih mestih, zato je njihov potencial za kroženje te kovine po Zemlji lahko ogromen.
'To odkritje zapolnjuje veliko intelektualno vrzel v našem razumevanju zemeljskih elementarnih ciklov in prispeva k raznolikim načinom, na katere je mangan, nerazumljiva, a pogosta prehodna kovina, oblikoval razvoj življenja na našem planetu,' rekel Geobiolog iz Caltecha Woodward Fischer, ki ni sodeloval pri študiji.
Ta raziskava je bila objavljena v Narava .