Gästinlägg: Liv på jorden, men inte som vi är vana att se det


Andrej Kuutmann, doktorand i astrobiologi med bas i Berlin som bloggar på och annorstädes skriver om en ny astrobiologisk upptäckt.


Ett annat slags liv? Bakterier från Mono Lake som lärt sig leva med arsenik. (Bild: Jodi Switzer Blum)

Den lilla proteobakterien GFAJ-1 av familjen Halomonadaceae har visat sig kunnat göra något som inget annat känt liv på jorden kan: den kan binda arsenik i sina biomolekyler, specifikt i sitt DNA (Science, Astrobiology Magazine, SR Vetenskapsradion, DN, Aftonbladet). Bakterien använder det istället för fosfor och den så kallade fosfatgruppen i DNA-kedjan, som alltså istället blir en arsenatgrupp.

GFAJ-1 har sitt hem i Mono Lake i Kalifornien, en sjö där extrema förhållanden för levande organismer råder. Ett pH-värde kring 10, hög salthalt, och en plats som av Mark Twain kallades ”en livlös, trädlös, avskyvärd öken… den ensammaste platsen på jorden.” Arsenikkoncentrationen är långt över den normala, och vattnet är giftigt för många levande organismer.

Arsenik är giftigt för att det kemiskt är en släkting till fosfor, det vill säga, de står i samma kolumn i det periodiska systemet, och arsenik binder därför till andra atomer på ungefär samma sätt som fosfor. För så gott som alla livsformer är detta ett problem, för arsenikbindningarna är svagare och atomerna något större än fosforatomen, vilket sammantaget inte ger lika stabila biomolekyler. I normala fall klarar inte organismen att ersätta fosfor med arsenik i sin ämnesomsättning och molekylstrukturer. De flesta organismer som inte utvecklat strategier att hantera denna förorening dör om de utsätts för höga arsenikhalter eftersom deras ämnesomsättning bryter ihop.

Men för en liten extremofil som GFAJ-1 har denna miljö en viktig betydelse: där andra livsformer inte trivs, har just denna organism istället anpassat sig, och alltså kunnat hittat en nisch där den har en avgörande fördel. Ett forskarlag av NASA-astrobiologer, lett av Felisa Wolfe-Simon från US Geological Survey, har studerat bakterierna som lever i denna extrema miljö och hittat något anmärkningsvärt: det har visat sig att GFAJ-1 klarar av att inte bara tolerera arseniken, och att sköta sin kemi i höga arsenikkoncentrationer, utan dessutom visar den tydliga tecken på att ha använt arsenik i uppbyggnaden av sitt DNA och sina proteiner.

Upptäckten har föregåtts av ett par dagars vilda spekulationer i elektroniska medier, föranlett av NASA:s pressrelease om att ”NASA ska hålla en presskonferens för att diskutera ett astrobiologiskt forskningsresultat som kommer att påverka sökandet efter bevis för utomjordiskt liv”. Författaren Phil Plait med flera har sett sig tvungna att tona ner de vildaste ryktena om utomjordingar, och en och annan besviken röst kunde anas i det ovanligt stora pressuppbåd som bevakade NASAs presskonferens.

Varför då allt ståhej kring en jordlevande bakterie bland rymdforskare?

Astrobiologin som forskningsområde sysslar med att se de bredare sammanhangen när det gäller livets uppkomst och utveckling. Det har länge diskuterats huruvida andra typer av biokemi än den man ser på jorden skulle kunna finnas, och om kemiskt annorlunda miljöer ändå skulle kunna klassificeras som i princip beboeliga.

Ofta pratar man om möjligheten till kiselbaserat istället för kolbaserat liv, eftersom man kan tänka sig kisel ta en roll liknande kolets i biokemin, om kol inte skulle ha varit så vanligt förekommande. Biokemisten Stephen Benner kommenterade under presskonferensen att hypotetiska livsformer som kan använda arsenik istället för fosfor i sina biomolekyler skulle kanske ha lättare att bilda stabila arsenikbaserade biomolekyler i temperaturer liknande de på Saturnus kalla måne Titan.

GFAJ-1 är inte en utomjording.  Tvärtom, analys av dess ribosom-RNA har visat att den är släkt med andra sjölevande proteobakterier.  Det verkar alltså heller inte som att den är någon form av uråldrigt, alternativt liv, som utvecklats helt separat från befintliga bakterier, vilket det spekulerats omkring – det är en avlägsen släkting till välbekanta och välstuderade bakterier som till exempel E. coli vi har att göra med.

Men upptäckten ger en viktig tankeställare åt astrobiologer. Den visar att vi om vi är för dogmatiska i vår syn på vad liv i universum är och vad det inte är, så kanske vi inte kan hitta spår efter liv när vi har dem mitt framför ögonen. De ”konstigaste” bakterierna på jorden, extremofilerna, är också de som mer än något annat visar vad liv i helt annorlunda miljöer skulle kunna se ut som. Noggrannare studier av GFAJ-1 och andra organismer i dess omgivning kanske leder till att vi får foga ytterligare ett ämne till listan över livets byggstenar: C (kol), H (väte), O (syre), N (kväve), S (svavel), P (fosfor) – och As, arsenik.

Andrej Kuutmann

Dela

Information och länkar

Gå med och kommentera, hålla reda på det andra har att säga, eller länka från din blogg.


Andra inlägg

Skriv en kommentar

Berätta gärna vad du tycker. Viss HTML-kod är tillåten för formatering.

Läsarkommentarer

Analysis, Mr. Spock.

It’s life, Jim, but not as we know it, not as we know it,

http://www.youtube.com/watch?v=FCARADb9asE

:)

Riktigt coolt hur som helst!

[…] veta vad nyheten gäller så finns den bästa förklaringen på svenska som jag hittat på bloggen Populär Astronomi, där Andrej Kuutmann, doktorand i astrobiologi med bas i Berlin, gästbloggat i ämnet. Läs mer i […]

Arsenik-ätande bakterier med arsenik-DNA (funna på botten i saltsjön Mono Lake i Kalifornien) omdefinierar biokemiska LIVET när jag läser NASAa nyhetsartikel: http://tinyurl.com/38zz68m

Kan vi kalla det arsenik-baserat liv trots att biomolekylerna hos bakterien bygger på kol?

Här är iaf en bild på saltsjön på sydväst-kanten av Nevadaöknen: http://tinyurl.com/39acghg
Google-kartan får du upp här: http://tinyurl.com/2vlnnvg

Upptäckaren Felisa Wolfe-Simon går under smeknamnet Ironlisa bland sina arbetskamrater.
Forskningsartikeln om tillväxt av arsenik-älskande bakterien GFAJ-1 skriven av henne et al
finns på Express-Science http://tinyurl.com/2uvhfc8

Jag tror vi måste ta in i våra kemikurser arsenik-kemi: arseniksyra, arsenatjonen och adenosindifosfatarsenat (ADPAs) och CHNOPS-As (uttalas knops-ass) pga Ironlisas astrobiologi-upptäckt

Humorn flödar:

”I for one welcome our arsenic-based overlords”.

http://xkcd.com/829/

Svar till Odd Gunnar: >Kan vi kalla det arsenik-baserat liv trots att biomolekylerna hos bakterien bygger på kol?

Det bakterien verkar göra är att den kan byta ut en del av sina fosfatgrupper mot arsenatgrupper. En del, alltså, och den föredrar fortfarande fosfor om det finns. Om man skulle vilja kalla GFAJ-1 för arsenikbaserat liv så är den ju även minst lika baserad på alla de andra sex nödvändiga ämnena, inklusive kol och fosfor. Men det finns ingen motsättning mellan att använda termen ”kolbaserad” och att använda termen ”arsenikbaserad” eftersom kol och fosfor (eller då alternativt arsenik) behövs i helt olika roller.

I läroboken ”Life in the Universe” av Bennett och Shostak upplaga 2007 skriver man i fri översättning: Vi har ännu inte identifierat varje typ av levande organism på jorden. Det är därför möjligt att att vi någon dag här på jorden upptäcker någon organism med annorlunda biokemi och därför kan verka komma från ett annat ursprung. Om så blir fallet kommer det att utöka vår förståelse för biologin då vi får flera former av liv att studera i våra laboratorier. Slut citat. Tala om att bli sannspådda snabbt!

[…] veckan har jag gjort ett litet gästspel på Populär Astronomis redaktionsblogg. Den lilla proteobakterien GFAJ-1 av familjen Halomonadaceae har visat sig kunnat göra något […]

Svar till Hans Thorgren:
Ja, absolut, fast jag tror att vad läroboken syftar på handlar nog mer om i grunden annorlunda livsformer, sådana som kanske använder en helt annorlunda genetisk kod till exempel. Då skulle det finnas skäl att misstänka att de inte har samma ursprung som kända livsformer. Och det skulle vara ett starkt bevis för att livet på jorden uppkommit mer än en gång. Vad vi vet så har alla kända livsformer som överlevt till idag utvecklats ur samma gemensamma urlivsform som kallas LUCA (Last Universal Common Ancestor), men det tror vi bara för att alla livformer man hittat hittills verkar vara släkt och använder samma typ av genetisk kod (med en del små variationer). Men det behöver inte utesluta att andra livsformer kan ha uppstått, som inte överlevt till idag. Och kanske hittar man en vacker dag en ”utomjording” som inte alls är släkt med oss någonstans nere i urberget.

Håller med dig Andrej. Jag har mailat lite med Shoostak och han säger ungefär likadant. Men om nu P kan bytas mot As kanske andra grundämnen kan bytas ut allteftersom så vi till slut har en ny biokemi. Jag tror dock inte att vi slipper kol om det inte i något grannuniversum finns en helt annan kemi! Men det är nog lugnast vi håller oss till vårt eget universum.