I deres første opfølgning på en højprofileret undersøgelse fra 2017, der viste, at mikrober i Antarktis har en unik evne til i det væsentlige at leve af luft, har forskere fra UNSW Sydney nu opdaget, at denne proces foregår i jord på tværs af verdens tre poler.
Helt konkret fandt forskerne ud af, at målgener, der er ansvarlige for det atmosfæriske kemosyntesefænomen, de opdagede, er rigelige og udbredt i polarjorden på Antarktis, Arktis og Tibetansk Plateau i Hindu Kush-Himalaya.
Den nye forskning blev offentliggjort i tidsskriftet Frontiers i denne måned og var et samarbejde mellem UNSW, Australian Antarctic Division og China's Institute of Tibetan Plateau Research.
Undersøgelsens seniorforfatter, lektor Belinda Ferrari, fra UNSW Science, sagde, at det at leve på luft var en så minimalistisk måde at overleve på, at deres resultater gav yderligere potentiale for, at mikrobielt liv kan eksistere på andre planeter.
"Dette er, hvad NASA's Mars 2020 Perseverance Rover sigter mod at gøre - at søge efter tegn på ældgammelt mikrobielt liv i kerneprøver af Mars sten og jord," sagde A/Prof Ferrari.
"En fremtidig mission vil tage prøverne tilbage til Jorden, og NASA-forskere vil analysere jorden på samme måde, som vi gør, for at prøve at se, om der er nogen indikatorer på liv."
A/Prof Ferrari sagde, at forskernes resultater betød, at mikrober, der bruger sporgasser som deres energi- og kulstofkilde til at vokse - i modsætning til fotosyntese, der bruger lys - ikke var en proces isoleret til Antarktis.
"Der er hele økosystemer, der sandsynligvis er afhængige af denne nye mikrobielle kulstoffikseringsproces, hvor mikrober bruger den energi, der opnås ved at indånde atmosfærisk brintgas til at omdanne kuldioxid fra atmosfæren til kulstof - for at vokse," sagde hun.
"Vi tror, at denne proces finder sted samtidigt med fotosyntese, når forholdene ændrer sig, såsom under den polare vinter, hvor der ikke er lys, men vi sigter mod at bekræfte denne hypotese i næste fase af vores forskning.
"Så selvom der er behov for mere arbejde for at bekræfte, at denne aktivitet finder sted glob alt, betyder det faktum, at vi opdagede målgenerne i jorden på de tre poler, at denne nye proces sandsynligvis finder sted i kolde ørkener rundt om i verden, men har simpelthen blevet overset indtil nu."
Antarktisk, Arktisk og Tibetansk Plateau-jord analyseret
Forskere analyserede 122 jordprøver fra 14 terrestriske kolde ørkensteder på tværs af Antarktis (Vindmølleøerne og Vestfoldbakkerne), det høje arktiske og tibetanske plateau, som de indsamlede mellem 2005 og 2019.
Undersøgelsens hovedforfatter, UNSW ph.d.-kandidat Angelique Ray, sagde, at et af de store spørgsmål, holdet havde, da de afsluttede deres tidligere undersøgelse, var, om denne nye proces med atmosfærisk kemosyntese - også kendt som carbonfiksering eller carbonsink - var tilsvarende forekommer andre steder i verden.
"Så denne gang lavede vi en global undersøgelse. Vi indsamlede det øverste 10-centimeter lag af jord fra forskellige steder ved de tre poler, som er den dybde, hvor de fleste af de organismer, vi studerer, findes," hun sagde.
"Jorden på de steder er fuldstændig frossen det meste af året - og der er ikke meget jord, fordi det mest er sten."
Forskerne ekstraherede DNA fra jordprøverne og sekventerede derefter DNA'et for at påvise de målgener, der er ansvarlige for processen med kulstoffiksering.
Fru Ray sagde, at forskerne også udførte miljøanalyser af hvert sted for at måle de forhold, som mikroberne levede under.
"Ved at se på miljøparametrene i jorden vidste vi, at der var lavt kulstofindhold, lav fugtighed og andre faktorer i spil," sagde hun.
"Så vi korrelerede målgenerne for kulstoffikseringsprocessen med de forskellige steder og fandt, at de steder, der er tørrere og lavere i næringsstoffer - kulstof og nitrogen - havde et større potentiale til at understøtte denne proces, hvilket gav mening."
Resultater til at ændre tankegangen om kulstoffiksering
A/Prof Ferrari sagde, at forskernes resultater ville ændre den måde, videnskabsmænd tænkte på de begrænsninger, der kræves for, at liv kan eksistere, samt hvordan mikrobiologi blev undervist.
"Ved at undersøge steder uden for Antarktis kan vi bestemme, hvor betydeligt bidraget fra denne nye form for kemotrofi er til det globale kulstofbudget," sagde hun.
"Før vi opdagede denne nye kulstofdrænproces, var de to vigtigste kendte kemotrofe former fotosyntese og geotermisk kemotrofi - sidstnævnte er, hvor bakterier udnytter uorganiske forbindelser som hydrogensulfid til at fiksere kulstof.
"Men nu har vi fundet ud af, at generne involveret i denne proces er rigelige i kolde ørkener, selvom vi endnu ikke har studeret varme ørkener, tyder vores fund sandsynligvis på atmosfærisk kemosyntese, der bidrager til det globale kulstofbudget."
A/Prof Ferrari sagde, at det var sandsynligt, at bakterierne, der ikke overlevede på andet end luft, var blevet nøglespillere i de miljøer, de levede i.
"Mange af disse økosystemer er ret tørre og næringsfattige - så disse steder er for det meste domineret af bakterier," sagde hun.
"Især på de oprindelige østantarktiske steder, vi undersøgte, er der ikke meget andet der bortset fra nogle mosser og laver (svampe).
"Fordi disse bakterier har tilpasset sig for at overleve og har evnen til at bruge sporgasser til at leve, har deres miljø udvalgt dem til at blive væsentlige bidragydere til deres økosystemer."
A/Prof Ferrari sagde, at forskerne så frem til at gøre nye opdagelser inden for kulstoffiksering.
"Som en del af den næste fase sigter vi mod at isolere en af disse nye bakterier i laboratoriet - for at opnå en ren kultur," sagde hun.
"Dette er svært, fordi bakterierne er vant til at vokse på meget lidt, og en agarplade er anderledes end deres naturlige miljø.
"Så kan vi forhåbentlig fuldt ud forstå de betingelser, disse bakterier har brug for for at udføre denne unikke proces med at leve i luften."
