แบคทีเรีย 2 สายพันธุ์ทิ้งเศษโลหะแมงกานีสปากโป้งในโถแล็บสกปรกทิ้งไว้ให้แช่
นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบแบคทีเรียชนิดแรกที่สล็อตเว็บตรงใช้โลหะแมงกานีสในการเจริญเติบโต และนักวิจัยต้องมองให้ไกลถึงอ่างล้างหน้าในสำนักงานเท่านั้น
Jared Leadbetter นักจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อมที่ Caltech กล่าวว่า “มันเป็นเรื่องราวที่น่าสนใจเกี่ยวกับความบังเอิญ” He และ Hang Yu ซึ่งเป็นนักจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อมที่ Caltech รายงานการค้นพบโดยบังเอิญ ใน Nature 16 กรกฎาคม
ลีดเบทเทอร์ทำงานกับสารประกอบสีชมพูที่เรียกว่าแมงกานีสคาร์บอเนตในขวดแก้ว หลังจากมีปัญหาในการทำความสะอาดโถ เขาก็เติมน้ำประปาแล้วปล่อยให้แช่ เมื่อเขากลับมา 10 สัปดาห์ต่อมา หลังจากเลิกสอนนอกเมือง ของในโถก็กลายเป็นวัสดุที่แข็งกระด้าง
Leadbetter รู้ว่านักวิทยาศาสตร์สงสัยมานานแล้วว่าแบคทีเรียสามารถใช้แมงกานีสเพื่อกระตุ้นการเจริญเติบโตได้ กว่าหนึ่งศตวรรษที่ผ่านมา นักวิจัยค้นพบว่าแบคทีเรียสามารถยืมอิเล็กตรอนจากองค์ประกอบทางเคมี เช่น ไนโตรเจน กำมะถัน เหล็ก และแมงกานีส ในบางกรณี แบคทีเรียอาจใช้อิเล็กตรอนเหล่านี้เพื่อกระตุ้นการเติบโตในลักษณะเดียวกับที่มนุษย์ใช้อิเล็กตรอนจากคาร์โบไฮเดรตในอาหารเพื่อเป็นพลังงาน แต่ไม่มีใครระบุแบคทีเรียที่สามารถเปลี่ยนอิเล็กตรอนจากแมงกานีสให้เป็นพลังงานได้
เมื่อแบคทีเรียยืมอิเล็กตรอนจากแมงกานีส
พวกมันจะเปลี่ยนโลหะเป็นวัสดุสีเข้มที่เรียกว่าแมงกานีสออกไซด์ แมงกานีสออกไซด์พบได้ทั่วโลก ตั้งแต่ตะกอนที่สะสมในเปลือกโลก จนถึงก้นทะเล ไปจนถึงน้ำดื่ม และเมื่อมันปรากฏออกมา ในโถแก้วของลีดเบตเตอร์
เขาสงสัยว่าแบคทีเรียที่ออกซิไดซ์แมงกานีสของเขาอาจเป็นสายพันธุ์ที่เข้าใจยากซึ่งจริงๆ แล้วใช้แมงกานีสในการเจริญเติบโต “บางทีฉันไม่ควรเทสิ่งนี้ลงในอ่างล้างจาน” เขาคิด
ลีดเบทเทอร์และยูพบแบคทีเรียประมาณ 70 สายพันธุ์ในขวดโหล ซึ่งอาจมาจากน้ำประปา จากนั้นทั้งคู่ก็แยกแบคทีเรียสองชนิดที่เมื่ออยู่รวมกันจะทำให้เกิดแมงกานีสออกไซด์ ให้แมงกานีสคาร์บอเนต แบคทีเรียเหล่านี้ทวีคูณแบบทวีคูณ เมื่อขนาดของแบคทีเรียเพิ่มขึ้น อัตราการผลิตแมงกานีสออกไซด์ก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย ซึ่งบ่งชี้ว่าแบคทีเรียกำลังใช้แมงกานีสเป็นเชื้อเพลิง
ทีมงานได้ขนานนามสปีชีส์ใหม่นี้ว่า ‘ Candidatus Manganitrophus noduliformans’ และRamlibacter lithotrophicus นักวิจัยยังไม่รู้บทบาทที่แน่นอนของแต่ละสายพันธุ์ ทั้งสองอาจเป็นส่วนประกอบสำคัญในการสร้างพลังงานจากแมงกานีสหรืออาจเป็นตัวขับเคลื่อนหลัก
การค้นพบนี้สามารถช่วยให้นักวิจัยจัดการแมงกานีสออกไซด์ที่ก่อให้เกิดมลพิษในน้ำดื่มได้ Amy Pruden นักวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมที่ Virginia Tech ใน Blacksburg ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษากล่าว “ตอนนี้เรามีความคิดว่าใครคือตัวออกซิไดซ์ของแมงกานีส เราสามารถเริ่มมองหาพวกมันในระบบน้ำดื่ม และเราอาจจะพบการควบคุมที่ดีกว่านี้”
Leadbetter สงสัยว่าแบคทีเรียที่คล้ายคลึงกันอาจเป็นสาเหตุของลูกบอลแมงกานีสออกไซด์ขนาดเท่าเกรปฟรุตที่พื้นมหาสมุทรซึ่งพบครั้งแรกในปี 1870 ซึ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์งงงวย เขาต้องการค้นหาที่นั่นและที่อื่นๆ เพื่อหาตัวอย่างเพิ่มเติมของแบคทีเรียที่ใช้แมงกานีสเป็นพลังงาน
“ลองดูว่าเราสามารถพบสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ในสภาพแวดล้อมอื่นได้หรือไม่” ลีดเบทเทอร์กล่าว “ไม่ใช่แค่อ่างล้างจานของฉัน”
การทดลองนี้สนับสนุนมุมมองของบอร์เดนสไตน์ว่าแรงวิวัฒนาการไม่ได้กระทำแค่กับ DNA ของสัตว์เท่านั้น แต่รวมถึงผลรวมของจีโนมของมันเองและของผู้อยู่อาศัยในจุลินทรีย์ด้วย
แน่นอนว่าจุลินทรีย์มีความสำคัญ Tadashi Fukami จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดกล่าว แต่เขายังไม่พร้อมที่จะประกาศให้พวกเขาและโฮสต์ของพวกเขาเป็นเอนทิตีวิวัฒนาการเดียว เขาศึกษาชุมชนจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในน้ำหวานของดอกไม้ และปรบมือให้ความสนใจต่ออิทธิพลของจุลินทรีย์เพิ่มขึ้น แต่เขาบอกว่าเขาคาดหวังว่าทฤษฎีวิวัฒนาการโฮโลจีโนมจะใช้ได้เฉพาะในกรณีพิเศษ แม้ว่าจะน่าสนใจก็ตาม การอภิปรายเตือนให้เขานึกถึงการอภิปรายถึงสิ่งที่เรียกว่าการคัดเลือกกลุ่ม แนวคิดที่ว่าวิวัฒนาการกระทำต่อกลุ่มของสิ่งมีชีวิตทำให้เกิดความตื่นเต้นและการโต้เถียงกันในครั้งแรกที่เสนอ แต่ตอนนี้ Fukami และนักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการอีกจำนวนพอสมควรไม่พบกรณีที่เกี่ยวข้องมากนัก
นักชีววิทยาด้านการพัฒนา Scott Gilbert จาก Swarthmore College ในเพนซิลเวเนียกล่าวว่าการเห็นคุณค่าในวิวัฒนาการของจุลชีพสามารถพลิกความคิดพื้นฐานบางอย่างที่สอนในวิชาชีววิทยาเบื้องต้น เมื่อเรียนรู้ว่ายีนของหนูชุดปกติไม่เพียงพอต่อการเจริญเติบโตของร่างกายหนูที่แข็งแรง “ปล่อยฆ้องและนกหวีดทุกชนิด” เขาจำได้ “ทุกสิ่งที่เกี่ยวกับ ‘คุณคือตัวตนที่คุณเป็นขึ้นอยู่กับยีนนิวเคลียร์ของคุณ’ นั้นไม่เป็นความจริงอย่างแน่นอน” เขากล่าว หากจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ร่วมกันในร่างกายมีจำนวนถึงโหมดการสืบทอดที่สองสล็อตเว็บตรง
