מיקרובים תת-קרקעיים בים מבצעים תעלול ביוכימי עתיק יומין בחום רותח
התגלה חיידק עמיד לחום, אשר מסוגל לייצר חנקן בלתי יציב בטמפרטורה קיצונית של 92 מעלות צלסיוס, ובכך שבר את השיא הקודם ב-28 מעלות צלסיוס!
הממצא הוא הרבה יותר מאשר שבירת שיא מפתיעה. הוא עשוי גם לעזור בפתרון ויכוח מדעי מתמשך על השאלה כיצד התפתחה היכולת לנצל חנקן מהאוויר או ממי הים, וייתכן כי יסייע לכימאים לחקות טוב יותר תהליך זה לצרכים תעשייתיים.
כל יצור חי זקוק לחנקן, לא רק משום שאטומי חנקן מהווים חלק ממולקולת הדנ”א. אולם רוב החנקן המצוי באוויר קשור בחוזקה בזוגות של אטומים כ- N2. רק קבוצות מסוימות של מיקרובים מסוגלות לשחרר לחופשי אטומי חנקן מהקשר החזק של N2, ולהשתמש בהם בתא. תהליך זה נקרא קיבוע חנקן.
מתי התפתחה יכולת ייחודית זו? תיאוריה אחת גורסת שהאנזים המאפשר קיבוע חנקן, ניטרוגנאז, התפתח פעם אחת בלבד, לפני זמן רב מאד. כל החיידקים המסוגלים לקבע חנקן התפצלו אבולוציונית מאותו חיידק קדמון בו התפתח האנזים ניטרוגנאז. תיאוריה אחרת גורסת כי חיידקים קדמונים השתמשו בחנקן קל יותר להשגה, חנקן מאמוניה, שכנראה היו כמויות גדולות שלה באותו זמן. היכולת אם כן לקבע חנקן לא היתה חיונית אז והתפתחה מאוחר יותר ועברה רוחבית בין מינים שונים.
מוסמי מהתה וג'ון ברוס, שניהם מאוניברסיטת וושינגטון בסיאטל, חפרו בפתח איוורור הידרותרמי על רצפת האוקינוס הפסיפי וחפשו שם מקבעי חנקן. נקודות חמות אלה, העשירות במינרלים, הם אחד מהמתמודדים הבולטים ביותר למקומות בהם החלו החיים לראשונה.
ואכן, בפתח ההידרותרמי שנבדק, בתוך “המרק העשיר והחם” נמצא מקבע חנקן. מדובר כנראה באורגניזם שסביבתו הטבעית נמצאת 100 מטר מתחת לקרקעית הים, בעולם נטול חמצן, בקרבת כיסי מגמה. הממצא תומך בתיאוריה שתעלול קיבוע החנקן התפתח מוקדם מאד באבולוציה.
ג'ונתן זהר, אשר עובד על קיבוע חנקן ימי באוניברסיטת קליפורינה, סנטה קרוז, אומר שהממצא חשוב, אולם הוא חושב שהתשובה האולטימטיבית לאבולוצית האנזים נמצאת “היכן שהוא באמצע”. ייתכן שהיכולת לקבע חנקן התפתחה פעם אחת לפני זמן רב מאד עם מינים שלאחר מכן איבדו יכולת זו ורכשו אותה מחדש מאוחר יותר דרך העברה לטרלית (רוחבית) ממין למין.
לממצא יכולות להיות גם השלכות מסחריות. מאחר וחנקן כה חשוב ליצורים גדלים, מייצרים כיום בתעשייה כמויות גדולות שלו באופן כימי, כדי לעשות בו שימוש כחומר דשן. אם נוכל להבין יותר טוב כיצד מבוצע קיבוע חנקן ביולוגי על-ידי חיידקים שונים, ייתכן שנוכל לפתח בעתיד דרכים חדשות, ביוטכנולוגיות, לייצור חנקן במעבדה או בתעשייה.
“כאשר לוקחים בחשבון את חשיבות קיבוע החנקן בחקלאות העולמית ואת השימוש היצירתי באורגניזמים חדשים ע”י התעשייה הביוטכנולוגית, ניטרוגנאז עמיד לחום הוא ממצא שסביר כי יימצאו לו שימושים תעשייתיים מועילים רבים” כותב דוגלס קפונה במאמר נלווה לפרסום ממצאי המחקר.
