Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: zwavelbacterien

Levende elektrische bedrading

Er is wederom nieuws over een onderwerp waar ik al eerder over blogde. Het betrof de studie van micro-organismen in de zeebodem, een studie uit 2010. Hierin lieten de onderzoekers zien dat er in een laag modder van de zeebodem een elektrische stroom gegenereerd werd door de aanwezigheid van bacteriën en hun metabolisme. Het ging daarin om zwavelbacteriën die waterstofsulfide metaboliseren.

Uit Nature

De figuur laat zien dat er in de zeebodem een bovengelegen zone is die normaal zuurstof bevat. De onderste laag daarentegen bevat geen zuurstof. Nu is zuurstof een erg sterke elektronenacceptor die nodig is om de elektronen te accepteren die vrij komen gedurende het metabolisme van een cel. De bacteriën in de onderste laag missen zuurstof en dus een elektronenacceptor. Ondanks dit gemis waren de bacteriën in de onderste laag toch in staat elektronen kwijt te raken. Men hypotiseerde twee jaar geleden al dat deze bacteriën in staat waren nanodraden te creëren waarlangs zich het elektronentransport voltrok. Het was slechts nog een kwestie van zoeken of men deze in de modder terug kon vinden leek het.

De studie die gisteren door dezelfde groep gepubliceerd werd laat daarentegen zien dat het de bacteriën zelf zijn die draden vormen door als een meercellig organisme aan elkaar te kleven. De auteurs vermoeden dat de elektronenstroom zich langs deze bacteriedraden verplaatst en zodoende alle bacteriën die deel uitmaken van dit collectief in staat stelt hun metabolisme te voltooien, dat wil zeggen waterstofsulfide te metaboliseren.

De verschillende gegevens bij elkaar laten zien dat het gaat om draden van één of enkele centimeters lang terwijl deze bacteriën ongeveer één micrometer lang zijn. Het gaat om draden van miljoenen bacteriën en de auteurs spreken van meercellige organismen. Ze zouden zelfs lijken op onze elektriciteitsdraden, lang en dun met geleidend materiaal binnenin en isolerend materiaal aan de buitenkant. Nielsen, de leider van dit onderzoek denkt dat het zou kunnen gaan om één individu dat dus uit meerdere cellen bestaat.

Uit Nature

De bacteriën maken deel uit van een familie van Desulfobulbaceae maar hun genen verschillen zo veel van de andere leden van deze familie dat ze misschien wel een eigen plaats verdienen. Onder de elektronenmicroscoop zien de onderzoekers een 15 tot 17 richels aan het oppervlak van de bacteriën. In een transversale coupe zien zij eruit als tandwielen. De opeenvolgende cellen zijn omgeven door een continu en gemeenschappelijk membraan. Nielsen vermoedt dat het transport van elektronen zich in de richels voltrekt en dat het omhullende membraan als isolatiemateriaal fungeert.

Het transport van elektronen is kenmerkend voor het leven. Eigenlijk bezitten alle cellen de mogelijkheid op nanoniveau elektrische stroom te genereren. Eencellige organismen produceren stroom wanneer zij metaboliseren en elektronen transporteren langs de elektrontransportketen in het celmembraan die deel uitmaakt van het ademhalingsmechanisme ofwel de verbranding van voedsel van de cel. Maar wat deze bacteriën laten zien is uniek. Het belangrijkste dat de onderzoekers nu te doen staat is aan te tonen dat de stroom inderdaad door deze bacteriën gaat.

Uit: Nature Article, News and Views en Ed Yong

Zie ook het voorgaande blog over dit onderwerp.

 

Advertenties

Leven op de oceaanbodem

De planten die leven aan het oppervlak van de Aarde maken gebruik van de energie van het zonlicht voor het produceren van biomassa. De dieren eten de planten en halen daar hun energie uit. Op de oceaanbodem dringt geen straaltje licht door en zou je geen leven verwachten. Zo’n dertig jaar geleden werd er op 2 à 3 km diepte tot ieders verbazing leven ontdekt, zoals kokerwormen, kreeftachtigen en mosselen. Hoe konden deze dieren overleven? Men trof ze aan rond de zogenaamde hydrothermale bronnen en wat het ook was dat hen deed overleven, het moest iets te maken hebben met deze bronnen.

mossels bij de bron

mosselen bij de hydrothermale bron op de zeebodem

Veel van de dieren die er leven hebben geen mond en kunnen de chemicaliën die de bronnen uitstoten niet direct gebruiken. Maar inkorte tijd ontdekte men dat al deze dieren symbionten bij zich hadden: bacteriën die in staat zijn stoffen zoals waterstofsulfide (H2S) en methaan (CH4) te gebruiken voor hun metabolisme. Ze staan daarbij de productie van suikers af aan hun gastheer. Deze symbionten waren al langer bekend en leven ook als zelfstandige bacteriën. De bronnen produceren veel van deze gassen. Recent onderzoek laat nu zien dat er een derde symbiose mogelijk is waarbij waterstof (H2) als bron van elektronen voor het metabolisme dient.

De onderzoekers bestudeerden de mossel Bathymodiolus puteoserpentis en toonden aan dat in de kieuwen van deze mossel symbionten leefden. Sommige symbionten zijn in staat CH4 te gebruiken, terwijl andere zowel H2S als H2 gebruiken. Ze konden ook aantonen dat de symbionten het gen hupL bevatten. Dit gen codeert voor de hydrogenase die de reactie H2 → 2H+ en 2e- katalyseert. Ze verwachten dat deze symbiont ook bij veel andere diepzeedieren actief is.

Geopende mossel
De mossel Bathymodiolus puteoserpentis en zijn symbionten. Er is een doorsnede van een mossel te zien met op de kieuwen twee soorten bacteriën. De ene soort gebruikt CH4 + O2 en stoot CO2 uit. De andere soort gebruikt twee gassen: H2 + O2 waarbij water (H2O) vrijkomt en H2S + O2 waarbij SO4– (sulfaat) vrijkomt. Dit is een handgemaakte kopie naar een plaatje in Nature dat ik niet durf te plaatsen vanwege copyright.

Opmerkelijk zijn de technieken van de onderzoekers. Met op afstand bediende onderwaterschepen konden ze de consumptie van H2 door de mosselbedden meten en daarna enkele dieren omhoog halen. Het lukte ze vervolgens op de boot het metabolisme van de dieren te meten. Eenmaal terug in het lab toonden ze de aanwezigheid van het gen voor de hydrogenase aan. De studie laat zien dat het steeds makkelijker wordt de dieren in hun eigen habitat in plaats van in een kunstmatige omgeving als het laboratorium te bestuderen.

Tot slot dit prachige filmpje met David Attenborough met dank aan @Aad Verbaast over de hydrothermale bronnen en het leven dat daar te vinden is.

Uit Nature: article, news & views

Elektrische stroom in de zeebodem

Er bestaat al langer het idee dat bacteriën verbonden kunnen zijn via nanodraden. Via deze uit proteïnen-bestaande nanodraden kunnen ze electronen transporteren, waardoor groepen bacteriën als een superorganisme kunnen werken. Het artikel hierover in New Scientist komt met een populaire titel waarin verwezen wordt naar de film Avatar.

Nieuw bewijs voor het bestaan van deze nanodraden komt van een groep uit

elktronenstroom

Van Internet: vertikale opwaartse elektronenstroom

(in blauw);

X+ en Y- resp. positieve en negatieve ionen

Denemarken. Ze haalden monsters van de zeebodem naar het laboratorium. De zwavelbacteriën die in de zeebodem huizen, oxideren waterstofsulfide (H2S). De electronenacceptor is zuurstof. Het blijkt in het laboratorium, dat als uitsluitend de bovenste laag zeebodem blootgesteld wordt aan zuurstof, er ook binnen korte tijd in de onderste laag oxidatie van waterstofsulfide plaats kan vinden. Dit betekent dat de bacteriën in de onderste laag in staat zijn electronen kwijt te raken ook al is daar nog geen zuurstof aanwezig. De enige mogelijkheid is dat er nanobedrading bestaat van proteïnen zoals cytochromen ofwel pyrite waarlangs deze electronen naar boven vervoerd kunnen worden om geaccepteerd te worden door het zuurstof in de bovenste laag. Deze bedrading is nog niet geobserveerd, maar de groep gaat er zeker naar op zoek al wordt dat zoeken naar een speld in een hooiberg.

Hoe cytochromen electronen binnen een cel vervoeren kan in dit filmpje gezien worden.

avatar
Van internet: een Na’vi

Het artikel in New Scientist vergelijkt deze elektronenstroom met wat zich afspeelt in de biosfeer van Pandora, de maan waar het Na’vi-volk woont, in de film Avatar. Op deze maan kunnen planten en dieren zich via een bedrading (een soort zenuwstelsel) met elkaar verbinden. Het is een leuke vergelijking, maar gaat in de context van dit artikel wel een beetje erg ver.

Footnotes to Plato

because all (Western) philosophy consists of a series of footnotes to Plato

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

Jonas Bruyneel

Literatuur/Journalistiek/Muziek

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più

Microplastics

INTERREG MICRO PROJECT

Scientia Salon

An archived blog about science & philosophy, by Massimo Pigliucci

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Vita da simbionte

perché collaborare è talvolta meglio che combattere

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

The Public House for Science...

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

the aphid room

All about aphids... not simply bugs|

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

%d bloggers liken dit: