Acești microbi ecologici reciclează carbonul fără a produce metan

Izvoarele termale ale Pământului și gurile hidrotermale găzduiesc un grup neidentificat anterior de arhee. Și, spre deosebire de organisme similare, minuscule, unicelulare, care trăiesc adânc în sedimente și mănâncă din materie vegetală în descompunere, aceste arhei nu produc metanul gazos care încălzi clima, raportează cercetătorii pe 23 aprilie în Comunicarea naturii.

„Microorganismele sunt cea mai diversă și abundentă formă de viață de pe Pământ, iar noi cunoaștem doar 1% dintre ele”, spune Valerie De Anda, microbiolog de mediu la Universitatea Texas din Austin. „Informațiile noastre sunt părtinitoare față de organismele care afectează oamenii. Dar există o mulțime de organisme care conduc principalele cicluri chimice de pe Pământ pe care pur și simplu nu le cunoaștem.”

Arheele sunt un grup deosebit de misterios (SN: 2/14/20). Abia la sfârșitul anilor 1970 au fost recunoscute ca un al treilea domeniu al vieții, distinct de bacterii și eucariote (care includ orice altceva, de la ciuperci la animale la plante).

Timp de mulți ani, s-a crezut că arheile există doar în cele mai extreme medii de pe Pământ, cum ar fi izvoarele termale. Dar arheile sunt de fapt peste tot, iar acești microbi pot juca un rol important în modul în care carbonul și azotul ciclează între pământul, oceanele și atmosferă. Un grup de arhee, Thaumarchaeota, sunt cei mai abundenți microbi din ocean, spune De Anda (SN: 28/11/17). Și arheile producătoare de metan din stomacul vacilor determină animalele să eructe cantități mari de gaz în atmosferă (SN: 18/11/15).

Acum, De Anda și colegii ei au identificat un phylum complet nou – o ramură mare de organisme înrudite pe arborele vieții – de arhee. Primele dovezi ale acestor noi organisme au fost în sedimentele din șapte izvoare termale din China, precum și din gurile hidrotermale de adâncime din bazinul Guaymas din Golful California. În aceste sedimente, echipa a găsit fragmente de ADN pe care le-a asamblat meticulos în planurile genetice, sau genomi, a 15 arhei diferite.

Cercetătorii au comparat apoi informațiile genetice ale genomului cu cea a miilor de genomi identificați anterior de microbi descriși în bazele de date disponibile public. Dar „aceste secvențe au fost complet diferite de tot ceea ce știm”, spune De Anda.

Ea și colegii ei au dat noului grup numele Brockarchaeota, pentru Thomas Brock, un microbiolog care a fost primul care a cultivat arhee în laborator și care a murit în aprilie. Descoperirea lui Brock a deschis calea pentru reacția în lanț a polimerazei sau PCR, o tehnică câștigătoare a Premiului Nobel folosită pentru a copia bucăți mici de ADN și utilizată în prezent în testele pentru COVID-19 (SN: 3/6/20).

Se pare că Brockarchaeota trăiește de fapt peste tot în lume, dar până acum erau trecute cu vederea, nedescrise și nenumite. Odată ce De Anda și echipa ei au reunit noile genomuri și apoi le-au vânat în baze de date publice, au descoperit că bucăți din aceste organisme necunoscute anterior au fost găsite în izvoare termale, sedimente geotermale și hidrotermale din Africa de Sud până în Indonezia până în Rwanda.

În noile genomi, echipa a căutat și gene legate de metabolismul microbilor – ce nutrienți consumă și ce fel de deșeuri produc. Inițial, echipa se aștepta ca – ca și alte arhei găsite anterior în astfel de medii – aceste arhei să fie producători de metan. Ei mănâncă aceleași materiale ca și arheele producătoare de metan: compuși cu un singur carbon precum metanolul sau sulfura de metil. „Dar nu am putut identifica genele care produc metan”, spune De Anda. „Nu sunt prezenți în Brockarchaeota.”

Asta înseamnă că aceste arhee trebuie să aibă un metabolism nedescris anterior, prin care pot recicla carbonul – de exemplu în sedimentele de pe fundul mării – fără a produce metan. Și, având în vedere cât de răspândite sunt, spune De Anda, aceste organisme ar putea juca un rol ascuns anterior, dar semnificativ în ciclul carbonului Pământului.

„Este de două ori interesant – este un nou phylum și un nou metabolism”, spune Luke McKay, un ecologist microbian al mediilor extreme la Montana State University din Bozeman. Faptul că întregul grup ar fi putut rămâne sub radar atât de mult, adaugă el, „este un indiciu al situației în care ne aflăm în starea microbiologiei”.

Dar, adaugă McKay, descoperirea este, de asemenea, o mărturie a puterii metagenomicii, tehnica prin care cercetătorii pot tachina cu minuțiozitate genomurile individuale dintr-un amestec mare de microbi dintr-o anumită probă de apă sau sedimente. Datorită acestei tehnici, cercetătorii identifică din ce în ce mai multe părți ale lumii microbiene, înainte misterioase.

„Sunt atât de multe acolo”, spune De Anda. Și „de fiecare dată când secvențiez mai mult ADN, începi să realizezi că există mai multe lucruri pe care nu le-ai putut vedea prima dată.”