Myrkkyjärvissä elävä arseenibakteeri venyttää elämän määritelmää

Monojärvi Hämmentävä bakteeri löytyi kalifornialaiselta Monojärveltä, joka on ainakin 750 000 vuotta vanha, hypersuolainen järvi. Kuva Researchers / Skoy.

Nasan rahoittamat Arizonan osavaltioyliopiston tutkijat julkaisivat viime joulukuussa tutkimuksen, joka mullisti käsitykset elämän edellytyksistä. Kalifornialaiselta Monojärveltä löytyneet bakteerit näyttivät tulevan toimeen kokonaan ilman fosforia.

Elämän mahdollisuuksia maailmankaikkeudessa tutkivan astrobiologian perinteisen käsityksen mukaan fosfori kuuluisi elämälle välttämättömiin alkuaineisiin kuten vety, hiili, happi, typpi ja rikki. Sitä on niin dna:n kuin rna:nkin rakenteissa ja muun muassa solujen energialähteessä ATP:ssä.

Felisa Wolfe-Simonin johtamassa tutkimuksessa tarkasteltiin GFAJ-1-nimistä bakteeria, joka elää hyvin arseenipitoisissa järvissä. Arseeni on melkein kaikille eläville olennoille myrkky, joten nämä bakteerit ovat jo arseeninsietonsa takia varsin erikoisia.

Vielä suuremman yllätyksen tutkijat kokivat, kun he kasvattivat bakteereita laboratoriossa ympäristössä, joka sisälsi paljon arseenia, muttei lainkaan fosforia. Bakteerit lisääntyivät normaalisti. Näytti siis siltä, että ne eivät vain sietäneet arseenia, vaan kykenivät korvaamaan sillä puuttuvan fosforin kaikissa soluelimissään ja jopa dna:ssaan.

Astrobiologisesti löytö on kiinnostava siksi, että jos kerran Maassa voi elää äärimmäisyysoloissa viihtyviä bakteereja, myös muilta taivaankappaleilta voi löytyä elämää paljon haasteellisemmista ympäristöistä kuin on tähän asti uskottu.

Tutkijat epäilevät

Tutkimuksen julkaisi Science-lehti. Tavanomaiseen tapaan artikkeli oli muutamia päiviä ennen julkaisua tiedetoimittajien saatavilla sillä ehdolla, että viestimet eivät julkaise tulosta ennen kuin Sciencen verkkoversio ilmestyy. Nasa kuitenkin mainosti löydöstä ennakkoon suurena astrobiologisena keikauksena, ikään kuin heillä olisi jo todisteita Maan ulkopuolisesta elämästä. Uutinen tulikin julki ennen aikojaan.

Vaikka läpimurto oli ennakko-odotuksiin verattuna vaatimaton, löydös oli silti todella merkittävä. Nasan ja Wolfe-Simonin harmiksi tiedeyhteisön ensireaktio uutiseen oli hyvin epäilevä. Science julkaisi toukokuun lopussa kriitikoiden näkemyksiä ja Wolfe-Simonin ryhmän vastauksia niihin.

Joidenkin kriitikoiden mukaan kasvatusalustalle jäi pieniä määriä fosforia, joka voisi riittää bakteerien muutamaan solunjakautumiseen. Toiset taas ovat kiinnittäneet huomiota siihen, ettei arseenista dna-molekyylin osana ole riittävää näyttöä. Arsenaatin kemiallinen epävakaus fosfaattiin verrattuna tekee tästä tutkimuksesta niin poikkeavan, että se ”sivuuttaisi lähes vuosisadan ajan kertyneen tiedon arsenaatti- ja fosfaattimolekyyleistä”, kirjoitti molekyylievoluution tutkija Steven BennerSciencessa.

Brittiläisen Kolumbian yliopiston tutkija Rosemary Redfieldin mukaan olisi suhteellisen yksinkertaista kasvattaa bakteereja arseenia sisältävässä ympäristössä ja analysoida massaspektrometrillä, onko arseeni muodostanut kovalenttisia sidoksia dna-juosteen runkoon.

Redfield uskoo saavansa Wolfe-Simonin ryhmältä lähiaikoina näytteitä arseenibakteerista alkuperäisen kokeen toistamiseksi. Hän toivoo, että muutama muu laboratorio tekisi vastaavat testit toisistaan riippumatta.

Kaikki laboratoriot eivät kuitenkaan ole kiinnostuneita selvittämään asiaa, joka näyttää epäilyttävältä. Esimerkiksi John Helmann Cornellin yliopistosta kertoi Nature-lehden mukaan olevansa ottamassa juuri käyttöön erittäin herkkää massaspektrometriä, jolla voi tunnistaa äärimmäisen pieniä määriä alkuaineita. Se voisi auttaa vahvistamaan Wolfe-Simonin löydön, mutta Helmannin mukaan laitteisto on paremmassa käytössä muussa tutkimuksessa.

”Minulla on omaakin tutkimusta tehtävänäni.”

Murhien alkuaine

Alkuaine arseeni tunnetaan suomeksi paremmin arsenikkina, joka varsinaisesti tarkoittaa arseenitrioksidia.

Arsenikista tulevat ensimmäisenä mieleen murhat. Arseenia käytettiinkin pitkään myrkytysmurhissa, koska siitä ei yleensä jäänyt kiinni. Vuonna 1836 brittikemisti James Marsh kuitenkin julkaisi menetelmän pientenkin arseenimäärien osoittamiseksi kudoksista, eikä arseeni sen jälkeen enää ollut murhaajalle erityisen houkutteleva myrkky.

Arseeni kuuluu alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä samaan ryhmään kuin fosfori. Siksi se käyttäytyy kemiallisesti samalla tavalla ja voi korvata fosforin monissa yhdisteissä.

Arseeni estää aerobisen soluhengityksen. Suurina määrinä vaikutus on tappava, mutta pieninä määrinä arseenia on käytetty viktoriaanisena aikana myös ihon vaalentamiseen. Happikato kudoksissa johtaa veren ja ihon sinertymiseen.