Bakterie – czarna dziura w taksonomii

Wokół tajemnicy życia na Ziemi

Do tej pory poznaliśmy około 4500 gatunków bakterii, tymczasem prawdopodobnie należą do nich miliony gatunków (Torsvik et al. 1990). Dlaczego tak mało wiemy o świecie bakterii? Przyczyna jest prosta, bakterie są incommunicando – nie chcą z nami rozmawiać. Wyobraźmy sobie taką sytuację. Między dwa palce bierzemy szczyptę (jeden gram) gleby leśnej. Zawiera ona około 10 miliardów komórek bakteryjnych (Rosello-Mora i Amman 2001). Teraz bierzemy zaledwie jedną milionową część tej szczypty gleby i rozprowadzamy ją równomiernie na pożywkach umieszczonych w standardowych szalkach. Powinniśmy otrzymać 10 tysięcy kolonii, tymczasem wyrośnie nam zaledwie 10 do 100 kolonii (Wilson 1999). Niestety większość bakterii się nie rozmnoży i ich obecność nie będzie dla nas zauważalna. Każdy gatunek bakterii wymaga specyficznych warunków do życia – odpowiedniej temperatury, pH, ciśnienia powietrza, określonego zestawu cukrów, tłuszczów, białek i soli mineralnych. Mikrobiolog musiałby oferować poszczególnym gatunkom bakterii ogromną liczbę kombinacji pożywek zapewniających określone warunki życia. Nie sposób tego osiągnąć dla większości z nich. Standardowe techniki hodowli pozwalają ujawnić obecność 1% lub mniej gatunków bakterii w większości próbek środowiskowych (Handelsman 2004). Zresztą sami mikrobiolodzy najczęściej nie starają się porozumieć z tymi milczącymi bakteriami, o ile nie wydają się interesujące z powodów praktycznych lub naukowych.

Trójka norweskich naukowców obliczyła, że w jednym gramie gleby leśnej żyje kilka tysięcy gatunków bakterii (Torsvik et al. 1990). Jak do tego doszli? Pobrali minimalną ilość gleby w lesie bukowym w miejscowości, gdzie znajdowało się ich laboratorium. Następnie oddzielili bakterie od gleby, wydobyli i oczyścili DNA tych organizmów. Później, stosując wysokie ciśnienie, spowodowali podział nici na pojedyncze nici składowe. Po ostudzeniu, nici DNA łatwo skupiają się razem, tworząc podwójną helisę. Im więcej jest w roztworze nici komplementarnych, tym szybciej następuje łączenie (hybrydyzacja). Jeżeli mieszanina pochodzi od różnych gatunków i szczepów, łączenie przebiega wolno. W sytuacji, gdy mamy do czynienia z DNA pochodzącym od jednego gatunku, proces hybrydyzacji jest szybki. Tempo, w jakim przebiega hybrydyzacja, został zmierzony i wyskalowany. Odsetka zgodnego DNA autorzy użyli jako pośredniego sposobu policzenia gatunków bakterii. W innych badaniach w 1 gramie płytkowodnego osadu u wybrzeży Norwegii znaleziono podobną liczbę gatunków. Ile zatem gatunków czeka na odkrycie na naszej planecie, jeżeli w dwóch szczyptach materii organicznej pochodzącej z zaledwie dwóch stanowisk w Norwegii znaleziono ponad dwa razy więcej gatunków niż poznano do tej pory na całej planecie?

Bakterie są często odkrywane w zaskakujących miejscach. Wiemy, że występują one głęboko w skałach litosfery (DŻ grudzień 2013 / styczeń 2014). W 1998 r. badacze rosyjscy przewiercili się przez niemal trzykilometrową warstwę lądolodu nad jeziorem Wostok (wschodnia część Antarktydy). Do głębokości 2,5 km w lodzie znajdowano mikroorganizmy – przetrwalnikowe formy bakterii, grzybów i glonów (Jouzel et al. 1999). Pod koniec stycznia 2013 r. do jeziora Whillansa na Antarktydzie dowierciła się grupa amerykańskich badaczy i jako pierwsza stwierdziła obecność bakterii na dnie podlodowcowego jeziora (Life Found Deep…).

W Dzikim Życiu z lipca i sierpnia 2013 r. zwróciłem uwagę na to, w jak ogromnej liczbie bakterie występują w i na naszym ciele oraz jak kluczowa jest ich rola w życiu każdego z nas. O ogromnej większości gatunków stanowiących mikrobiotę jelitową lub zasiedlających naszą skórę nie wiemy niemal nic. W życiu roślin rola bakterii jest także kluczowa. Okazało się, że rośliny wypełnione są bakteriami. Bakterie te, nazywane endofitami, kolonizują wnętrze komórek lub występują w przestworach międzykomórkowych. Najnowsze badania potwierdzają, że w świecie roślin nie występują gatunki, które byłyby pozbawione specyficznych bakterii endofitycznych (Klama 2004). Endofity silnie wpływają na witalność rośliny. Rośliny ich pozbawione chorują i często w naturze nie są w stanie przeżyć. Jostein Goksøyr powiedział: „To oczywiste, że mikrobiologom nie zabraknie roboty przez paręstuleci” (Wilson 1999).

Piotr Skubała

Literatura:
- Handelsman J. 2004. Metagenomics: Application of genomics to uncultured microorganisms. Microbiology and Molecular Biology Reviews 68: 669–685.
- Jouzel J. , Petit J.R., Souchez R., Barkov N.I., Lipenkov V. Ya., Raynaud D., Stievenard M., Vassiliev N.I., Verbeke V., Vimeux F. 1999. More than 200 meters of lake ice above subglacial Lake Vostok, Antarctica. Science 286: 2138–2141.
- Klama J. 2004. Współżycie endofitów bakteryjnych z roślinami. Acta Scientarum Polonorum, Agricultura 3: 19–28.
- Life Found Deep Under Antarctic Ice For First Time? National Geographic, February 6, 2013.
- Rossello-Mora R., Amman r. 2001. The species concept for prokaryotes. FEMS Microbiology Letters 25: 39–67.
- Torsvik V., Goksøyr J., Daae F. L. 1990. High diversity in DNA of soil bacteria. Applied and Environmental Microbiology 56:782–787.
- Wilson E.O. 1999. Różnorodność życia. PIW, Warszawa.