Si, à la suite d'un cataclysme mondial, il ne reste plus d'oxygène dans l'atmosphère terrestre, alors l'un des rares organismes survivants sera Escherichia coli. Son principal atout est la capacité de respirer n'importe quoi et n'importe où: en surface, dans le sol, dans l'estomac humain, et pas nécessairement avec de l'oxygène. Avec E. coli, plusieurs centaines d'espèces de créatures anciennes resteront sur la planète, capables de respirer du soufre, du fer, de l'uranium et même de l'arsenic.
Air empoisonné
En 2010, Felisa Wolf-Simon, chercheuse au département d'astrobiologie de la NASA, tout en étudiant le lac salé de Californie Mono, a découvert des bactéries inhabituelles. Ils vivaient dans l'eau, où la concentration d'alcalis dépassait 80 fois l'indicateur correspondant dans l'océan. Les microbes utilisaient l'arsenic pour la respiration, un poison pour la plupart des organismes vivants.
Au laboratoire, la découverte, appelée «souche GFAJ-1», a été placée dans une solution nutritive avec une teneur normale en sucres et en vitamines, mais complètement dépourvue de phosphates - composés dans lesquels le phosphore provient de l'environnement. Au lieu de cela, les micro-organismes ont été plantés avec des arsénates (composés d'arsenic).
Il s'est avéré que dans un environnement sans phosphore, les bactéries respirent non seulement l'arsenic, mais savent également comment l'incorporer dans des molécules d'ADN et d'ARN au lieu du phosphore. En termes de propriétés chimiques, ces éléments sont similaires - les enzymes de la cellule peuvent ne pas distinguer le phosphate de l'arséniate, et cela se produit assez souvent. Certes, une telle substitution se termine généralement par la mort et la pétrification des bactéries, mais pas dans le cas de la souche GFAJ-1.
«Les micro-organismes anaérobies (ceux qui n'ont pas besoin d'oxygène pour la vie ou qui sont mortels. - Ed.) Sont capables de réduire l'arsenic, en l'utilisant dans la respiration comme accepteur d'électrons. En outre, les anaérobies sont capables de respirer les sulfates, le fer, le manganèse, l'uranium, le sélénium, les nitrates. Nous ne parlons que de microbes qui n'ont pas de noyau formalisé - les procaryotes, y compris les bactéries et les archées. Il y a des champignons qui poussent en anaérobie, mais c'est rare, et parmi les eucaryotes (organismes avec un noyau formé) c'est l'exception plutôt que la règle », explique Olga Karnachuk, chef du département de physiologie végétale et biotechnologie à l'Institut biologique de l'Université d'État de Tomsk, à RIA Novosti.
Sur la gauche - Felisa Wolf-Simon, qui a découvert des micro-organismes qui utilisent le phosphore comme matériau de construction pour les cellules. Sur la droite - bactérie souche GFAJ-1 dans une solution nutritive contenant des vitamines, des sucres et des arsénates.
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Ancien et tenace
Il y a plus de trois milliards d'années, les premiers organismes vivants sur Terre se nourrissaient de molécules d'hydrogène et de soufre.
«La plus ancienne des respirations anaérobies est la respiration sulfurique. Le soufre, comme l'hydrogène moléculaire, provenait des volcans. Ce type de métabolisme était utilisé lorsque toute la vie n'était constituée que de bactéries et d'archées », explique Olga Karnachuk.
Avec l'apparition de cyanobactéries, dont le produit métabolique était l'oxygène, la composition de l'atmosphère terrestre a commencé à changer progressivement. Il y a environ 850 à 600 millions d'années, il y avait déjà beaucoup d'O2 dans l'air. Pour les micro-organismes anciens, cela signifiait une catastrophe - l'oxygène est aussi toxique pour eux que le chlore gazeux l'est pour les humains. Par conséquent, certains sont morts, d'autres (les soi-disant anaérobies obligatoires) ont fui vers des endroits anoxiques - par exemple, sous terre. Il y avait aussi ceux qui ont réussi à s'adapter et ont appris à neutraliser les gaz toxiques.
Au fil du temps, certains microorganismes ont "compris": l'oxygène est un accepteur d'électrons puissant et en oxydant des molécules organiques avec lui, on peut obtenir beaucoup d'énergie nécessaire à la vie. Cela signifie que la taille de la cellule augmente, par conséquent, plus d'ADN y est placé et la structure devient plus complexe - c'est ainsi qu'il y a une chance de devenir multicellulaire.
Les animaux qui ne peuvent pas respirer
«Plantes, animaux, humains - tout le monde respire de l'oxygène. C'est le moyen le plus efficace d'obtenir de l'énergie, par conséquent, lorsque la respiration aérobie est apparue, la perspective s'est ouverte pour que les organismes vivants forment des formes supérieures, y compris les humains. Les microbes anaérobies sont également capables d'évoluer, mais dans une direction différente. Beaucoup d'entre eux ont choisi de combiner les deux types de respiration. Par exemple, E. coli (Escherichia coli) respire de l'oxygène et, lorsqu'il pénètre dans le corps humain (dans un environnement anaérobie), des nitrates. Si les conditions sont complètement mauvaises, la bactérie est capable de ne pas respirer du tout, elle erre - c'est un type de métabolisme complètement différent. Il n'y a pratiquement pas de tels opportunistes parmi les formes supérieures », note l'expert.
Cependant, il y a une exception - le rat-taupe nu. Ce mammifère, vivant dans des terriers souterrains, coûte des heures avec un très faible taux d'oxygène, et complètement sans air durera jusqu'à 18 minutes (à titre de comparaison: la mort cérébrale humaine survient en moyenne après cinq minutes dans un environnement sans oxygène).
Lorsqu'il y a peu d'O2 dans l'air, le rat-taupe nu passe à la dégradation anaérobie du fructose - en raison du fait que les canaux GLUT5, responsables de la libération de fructose dans le sang, sont synthétisés dans différents tissus. Chez d'autres mammifères, ils ne sont produits que dans les intestins.
Rat-taupe nu - le seul mammifère capable de dégradation anaérobie du fructose.
Aider une personne
«Il y a beaucoup d'organismes sur Terre qui peuvent se passer d'oxygène, car les conditions anaérobies se créent facilement - par exemple, dans un pot de fleurs, un tas de compost ou des sédiments côtiers, même dans notre propre corps», poursuit le chercheur.
Alors que certains anaérobies provoquent une infection grave lorsqu'ils sont abattus ou poignardés, la plupart sont bénéfiques pour les humains. Par exemple, des scientifiques de l'Université de Californie à San Diego ont enseigné à la bactérie Salmonella enterica à détruire les tumeurs cancéreuses: certaines salmonelles ont synthétisé une toxine qui fait des trous dans les membranes des cellules cancéreuses, la seconde une protéine spéciale qui active le système immunitaire, et d'autres encore ont produit une molécule qui déclenche un programme d'autodestruction des cellules cancéreuses.
Les archées méthanogènes sont utilisées dans la production de biogaz à partir de déchets ménagers ordinaires, et les groupes sulfato-réducteurs sont capables de purifier les eaux usées de la contamination.
«Aujourd'hui, de nombreuses mines sont fermées en raison de la forte concentration de sulfate. Lorsque le charbon est extrait, une grande quantité d'eaux usées est générée, qui, après épuration, s'écoule dans les rivières. Si les sulfates ne sont pas éliminés, les poissons et autres biotes aquatiques peuvent être tués en hiver. Nous purifions les eaux usées des mines de ces composés nocifs à l'aide de micro-organismes cultivés dans notre laboratoire. Nous créons des conditions dans les mines pour que la respiration du sulfate y soit possible et que tout le sulfate soit éliminé à l'aide de bactéries. Cette technologie est déjà utilisée dans la pratique au Royaume-Uni, aux États-Unis et en Allemagne. Nous sommes en train de créer une biotechnologie qui peut fonctionner dans les conditions climatiques de la Russie avec des températures annuelles moyennes basses », conclut l'expert.
Alfiya Enikeeva
