როდესაც მიკრობიოლოგი ჯარედ ლიდბითერი საკუთარ ოფისში რამდენიმეთვიანი სამსახურებრივი ტურნეს შემდეგ დაბრუნდა, იქ რაღაც უცნაური დახვდა. კრემისფერი მანგანუმის კარბონატი (MnCO3), რომელიც მან მინის ჭურჭელში გასაჟღენთად დატოვა, გამუქებულიყო. ცხადი იყო, რომ მისი ელექტრონების გარკვეული ნაწილი რაღაცას მოეპარა.
„პირველი, რაც ვიფიქრე — რა არის ეს?“, — ამბობს ლიდბითერი, რომელიც კალიფორნიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მკვლევარია. მუქი სუბსტანცია მანგანუმის ოქსიდის ფორმით იყო — პროდუქტი, რომელიც მაშინ წარმოიქმნება, როდესაც მანგანუმის იონები ელექტრონებს კარგავენ და ჟანგვის რეაქციას განიცდიან.
თუმცა, ეს რეაქცია რაღაცას უნდა გამოეწვია — ელექტრონების ქურდობას.
„დავიწყე ფიქრო, რომ შეიძლება თუ არა, ამაში დამნაშავე ყოფილიყვნენ დიდი ხნის წინ ნავარაუდევი მიკრობები და შესაბამისად, ამის გასარკვევად, სისტემატიურად ვატარებდით ცდებს“, — განმარტავს ლიდბითერი.
იმის დასადგენად, ეს მართლაც ბიოლოგიური პროცესით მოხდა თუ არა, ლიდბითერმა და მისმა კოლეგებმა სინჯარებში უფრო მეტი MnCO3 ჩააწყვეს და ზოგიერთი მათგანი მწველი ორთქლით გაასტერილეს (MnCO3 ამ პირობებში სტაბილური რჩება).
გასტერილებული მანგანუმის ნაერთები ერთი წლის შემდეგაც არ გამუქდა, მაგრამ სამაგიეროდ, მუქად შეიფერა გაუსტერილებლები. გამომდინარე აქედან, ელექტრონების ქურდი უნდა ყოფილიყო რაღაც ისეთი, რისი განადგურებაც ორთქლს შეეძლო.
შესაბამისად, მკვლევრებმა სინჯარებში მოთავსებული ნაერთთა კულტივირება მოახდინეს. რნმ-ის ანალიზებმა გამოავლინა 70 სახეობის ბაქტერია, თუმცა დამატებითი ტესტებით ჯგუფმა ზოგიერთი მათგანი გამორიცხა, იქამდე, ვიდრე არ დარჩა ორი შესაძლო დამნაშავე.
ესენი იყო ბაქტერია Nitrospirae, რომელსაც ნამგლის ფორმა აქვს და შოლტის ფორმის ბეტა-პროტეობაქტერია. ცნობილია, რომ ბაქტერიის ამ ორივე სახეობის ნათესავები მიწისქვეშა წყალებში ბინადრობენ.
„ბეტა-პროტეობაქტერის ერთი კოლონიის იზოლირება დაშლილი ოქსიდებიდან შევძელით… თუმცა, MnCO3-ს მხოლოდ ეს სახეობა არ ჟანგავს. Mn(II)-ის დაჟანგვაზე პასუხისმგებელია ერთპიროვნულად Nitrospirae ან აქტივობა ერთობლივია“, — წერენ მკვლევრები.
ჯგუფმა გააცნობიერა, რომ ელექტრონების ქურდობა შეიძლება ერთობლივი ძალისხმევით ხდებოდა, მაგრამ რა უნდა ყოფილიყო ამის მოტივი? მკვლევრებს გარკვეული ეჭვები აქვთ.
კულტურების გარკვეული ნაწილიდან ჯგუფმა გამოიყენა ნახშირბად-13-ით მარკირებული მანგანუმი და მართლაც, ბაქტერიებმა ნახშირბადის ეს იზოტოპები საკუთარ სხეულში შეიტანეს.
ამან კი დაადასტურა ეჭვი, რომ ბაქტერიები ავტოტროფული იყო — ანუ, შეუძლიათ საკვების გამომუშავება ენერგიის წყაროდან.
ბაქტერიები მანგანუმის ელექტრონების ენერგიას იყენებდნენ, რათა CO2 გამოყენებად ნახშირბადად გარდაექმნათ, ზუსტად ისე, როგორც მცენარეები ფოტოსინთეზის დროს მზის სინათლეს იყენებენ CO2-ისა და წყლის გარდასაქმნელად შაქრებად და ჟანგბადად.
ამ პროცესს ქემოსინთეზი ეწოდება; მართალია, აქამდეც ცნობილი იყო, რომ ის სხვა ლითონების გამოყენებით ხდება, მაგრამ ეს პირველი შემთხვევაა, როდესაც ვიხილეთ, რომ უჯრედები ამისათვის მანგანუმს იყენებენ.
„ეს პირველი ბაქტერიებია, რომლებიც დავადგინეთ, რომ საწვავის წყაროდ მანგანუმს იყენებენ“, — განმარტავს ლიდბიტერი და იქვე აღნიშნავს, რომ ასეთი მიკრობების არსებობას ჯერ მეცნიერები კიდევ საუკუნის წინ პროგნოზირებდნენ.
მანგანუმი არსებითი მკვებავია ჩვენთვისაც. ჩვენი ორგანიზმი მას იყენებს ისეთ პროცესებში, როგორიცაა ცხიმებისა და ცილების დამუშავება, ძვლების ფორმაცია; ჩვენ მას ისეთი საკვებიდან ვიღებთ, როგორიც არის თხილეული, ჩაი და მწვანილეული.
მიუხედავად იმისა, რომ ის ჩვენი პლანეტის ზედაპირზე ერთ-ერთი ყველაზე მეტად გავრცელებული ელემენტია, ბევრი რამ მანგანუმისა და დედამიწაზე მისი ციკლის შესახებ იდუმალებით არის მოცული, მათ შორის, წყლის მილების დაბინძურების მისი უცნაური მიდრეკილება.
მკვლევართა განცხადებით, გარემოს დაცვით ინჟინერიაში არსებობს უამრავი ლიტერატურა, რომელიც გვამცნობს, რომ სასმელი წყლის მიწოდების სისტემები იჭედება მანგანუმის ოქსიდით.
თუმცა, როგორც ლიდბითერი აღნიშნავს, დღემდე უცნობი იყო, როგორ და რატომ წარმოიქმნება იქ ეს მასალა. მისივე თქმით, ბევრი მეცნიერი ვარაუდობდა, რომ ამაში დამნაშავე შეიძლება ყოფილიყვნენ ბაქტერიები, რომლებიც მანგანუმს ენერგიისათვის იყენებენ, მაგრამ დღემდე არ არსებობდა ამ მოსაზრების მხარდამჭერი მტკიცებულება.
მანგანუმის ოქსიდი კვანძების სახით უცნაურად ჩნდება ზღვის ფსკერზეც; ამას გარდა, მანგანუმი ჩართულია ისეთ ელემენტთა მრავალ ურთიერთდაკავშირებულ ციკლში, როგორებიც არის ნახშირბადი, აზოტი, რკინა და ჟანგბადი.
გამომდინარე აქედან, ბევრი რამ შეიძლება ახსნას მანგანუმის ელექტრონების ქურდების არსებობამ, ისეთების, როგორიც ეს ახლად აღმოჩენილი ბაქტერიაა.
მკვლევართა განცხადებით, ბაქტერიების გამრავლებისა და დაჟანგვის მაჩვენებლის გათვალისწინებით, გლობალური რეზერვის ეკვივალენტის მანგანუმის ოქსიდის წარმოსაქმნელად მხოლოდ ორი წელიწადია საჭირო.
ამ სახეობათა ახლო ნათესავები მრავალ ადგილასაა გავრცელებული და შესაბამისად, ვრცელია მათი პოტენციალი ამ ლითონის გადასამუშავებლად მთელ დედამიწაზე.
„ეს აღმოჩენა ავსებს მნიშვნელოვან ინტელექტუალურ ნაპრალს დედამიწის ელემენტთა ციკლის შესახებ ჩვენს წარმოდგენაში და ჰმატებს მრავალ ისეთ გზას, რომლითაც მანგანუმმა — იდუმალმა, მაგრამ ზოგადმა გარდამავალმა მეტალმა ფორმა მისცა ჩვენს პლანეტაზე სიცოცხლის ევოლუციას“, — ამბობს კალიფორნიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის გეობიოლოგი ვუდვარდ ფიშერი, რომელიც ამ კვლევაში ჩართული არ ყოფილა.
კვლევა ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია caltech.edu-სა და ScienceAlert-ის მიხედვით.
