יום חמישי, 2 בדצמבר 2010

חיידק שמשתמש בארסן במקום בזרחן

להלן סיכום מסיבת העיתונאים של נאס"א מהיום בערב שעסקה בהצגת ממצאים אסטרוביולוגיים שעשויים להשפיע על חקר החיים מחוץ לכדור הארץ.

כפי שצפיתי מראש בפוסט שפרסמתי היום בבוקר הוצגו במסיבת העיתונאים תוצאות מחקר בחיידקים מאגם מונו בקליפורניה. החיידקים הללו יכולים לחיות בסביבה עשירה בארסן, יסוד רעיל למרבית היצורים על פני כדור הארץ. הרעילות של היסוד נובעת בעיקר מהדמיון שלו לזרחן, אחד היסודות הנחשבים כהכרחיים לקיום חיים. ארסן מסוגל להחליף את הזרחן במולקולות חיוניות, כמו מולקולת ה-ATP הדרושה לתהליכים פיזיולוגיים שצורכים אנרגיה, וכך לפגוע בפעילותן של המולקולות הללו ולגרום להרעלה.

הדמיון בין ארסן לזרחן נובע ממבנה אטומי דומה - הם נמצאים באותה עמודה בטבלה המחזורית של היסודות. החיידקים מאגם מונו (GFAJ-1) הצליחו לגדול בסביבה עשירה בארסן וענייה בזרחן דווקא בזכות הדמיון הזה בין ארסן לזרחן. בחיידקים אלו הארסן יכול להחליף את הזרחן במולקולות חיוניות, דוגמת דנ"א ו-ATP, ללא פגיעה בחיידק.

חיידקי GFAJ-1 שגודלו במעבדה על מצע עשיר בארסן (מקור: נאס"א)

בניסוי מעבדתי נמצא שהחיידקים שהתגלו מסוגלים לגדול באופן תקין בסביבה עשירה בזרחן, אך באופן מפתיע הם מסוגלים לשגשג גם בסביבה עשירה בארסן ולהשתמש בארסן כאבן בניין במקום הזרחן. יש בכך חידוש משום שעד עתה לא נמצאו הוכחות להיתכנות חיים ללא אחד מהיסודות פחמן, מימן, חמצן, חנקן, גפרית וזרחן. המחקר נמצא עדיין בראשיתו - טרם התברר המבנה המרחבי של המולקולות שבהן ארסן מחליף את הזרחן וטרם נחקר המידע הגנטי של החיידקים.

מציאת המבנה המרחבי של המולקולות הללו הוא כיוון מחקר מעניין במיוחד. עקב גודל האטום, הארסן (הגדול יותר) פחות יציב מזרחן, והמולקולות שמכילות ארסן במקום זרחן לא אמורות להיות יציבות בטמפרטורות השוררות על פני כדור הארץ. מה עוד שהזרחן הוא זה שנותן את היציבות המרחבית למבנה הסליל הכפול של הדנ"א. בטמפרטורות נמוכות, כמו למשל אלו השוררות על פני טיטאן ירחו הגדול של שבתאי, מולקולות שמכילות ארסן צפויות להיות יציבות יותר. זו הסיבה לכך שצורת החיים החדשה שנמצאה יכולה לשנות את אופי חיפוש החיים באזורים הקרים של מערכת השמש. מעתה יהיה צורך לקחת בחשבון גם צורות חיים שמסוגלות לחיות בסביבה עשירה בארסן ואולי גם ביסודות אחרים שנחשבו עד עתה כבלתי מתאימים או לא נחוצים לקיום חיים.

ייתכן שהחיידק החדש יסייע גם בחקר ראשית החיים. לא ברור עדיין אם היכולת שלו להשתמש בארסן במקום זרחן התפתחה במהלך האבולוציה או שהיא נוצרה בו מלכתחילה. חקר המבנה הפנימי שלו ופענוח המידע הגנטי יוכלו לשפוך אור על הקשר בינו ובין שאר היצורים החיים על פני כדור הארץ.

לקריאה נוספת:
תקציר המחקר באתר של נאס"א
תקציר המאמר ב-Science

רשומת המשך: איך חקרו את החיידקים אוהבי הארסן? 

7 תגובות:

יגאל אמר/ה...

אריה, תודה על הסיכום. בהחלט מרתק.

אנונימי אמר/ה...

ניחוש מדויק - קבל ח"ח

Eli אמר/ה...

איך יודעים שארסן נכנס לדנ"א?

אריה מלמד-כץ אמר/ה...

לאלי, החוקרים סיפקו לחיידקים ארסנאט - תרכובת של אטום ארסן עם ארבעה אטומי חמצן. הארסנאט סומן בעזרת איזוטופים רדיואקטיביים. אחר כך הם מצאו את נוכחות הארסנאט המסומן בחלבונים, שומנים, מטבוליטים (תוצרי מטבוליזם) וחומצות גרעין (דנ"א ורנ"א) בתוך החיידקים.

Eli אמר/ה...

תודה! עוד שאלה: האם יש עוד יצורים באגם חוץ מחידקים האלו?

אריה מלמד-כץ אמר/ה...

כן, יש שם עוד יצורים חיים כי ברוב חלקי האגם ריכוז הארסן מאפשר ליצורים כמו אצות לחיות. יש אזורים באגם שבהם הריכוז גבוה יותר. בכל אופן, הניסויים שבהם החיידקים גודלו בסביבה עשירה בארסן או בזרחן נעשו במעבדה.

שמעון לוי אמר/ה...

סופסוף הבנתי על מה היה כל הרעש.
מה שנקרא סערה בכוס מים...