Twee soorten bacteriën lieten veelbetekenende mangaanmetaalsteentjes achter in een vuile laboratoriumpot om te laten weken
Nieuw ontdekte bacteriën gebruiken mangaan om te groeien en transformeren het metaal in ongeveer een halve millimeter brede brokken mangaanoxide die hier worden weergegeven in deze gekleurde scanning-elektronenmicroscoop.
Wetenschappers hebben de eerste bacteriën ontdekt waarvan bekend is dat ze het metaalmangaan gebruiken om te groeien. En de onderzoekers hoefden niet verder te kijken dan het kantoor.
‘Het is absoluut een interessant verhaal over serendipiteit’, zegt Jared Leadbetter, een milieumicrobioloog bij Caltech. Hij en Hang Yu, ook een milieu-microbioloog bij Caltech, melden hun toevallige vondst in de 16 juli Natuur.
Leadbetter werkte in een glazen pot met een roze stof genaamd mangaancarbonaat. Nadat hij moeite had gehad om de pot schoon te maken, vulde hij hem met leidingwater en liet hem weken. Toen hij tien weken later terugkeerde, na een les buiten de stad, was de inhoud van de pot veranderd in een donker, knapperig materiaal.
Leadbetter wist dat wetenschappers al lang vermoedden dat bacteriën mangaan konden gebruiken om de groei te stimuleren. Meer dan een eeuw geleden ontdekten onderzoekers dat bacteriën elektronen konden lenen uit chemische elementen zoals stikstof, zwavel, ijzer en mangaan. In sommige gevallen zouden bacteriën deze elektronen zelfs kunnen gebruiken om de groei te stimuleren, net zoals mensen elektronen uit koolhydraten in het dieet gebruiken voor energie. Maar niemand had bacteriën geïdentificeerd die elektronen van mangaan in energie konden veranderen.
Wanneer bacteriën elektronen van mangaan lenen, zetten ze het metaal om in een donker materiaal dat mangaanoxide wordt genoemd. Mangaanoxide wordt over de hele planeet aangetroffen – van afzettingen in de aardkorst tot de zeebodem tot drinkwater. En, zo bleek, in Leadbetter’s glazen pot.
Hij vroeg zich af of de bacteriën die zijn mangaan hadden geoxideerd misschien wel de ongrijpbare soort zijn die eigenlijk mangaan gebruikt om te groeien. ‘Misschien kan ik dit beter niet in de gootsteen gieten’, dacht hij.
Leadbetter en Yu identificeerden voor het eerst ongeveer 70 bacteriesoorten in de pot, die waarschijnlijk uit het leidingwater kwamen. Het paar isoleerde vervolgens twee bacteriesoorten die, indien samen aanwezig, mangaanoxide genereren. Gezien mangaancarbonaat, vermenigvuldigden deze bacteriën zich exponentieel. Naarmate de bacteriegrootte toenam, nam ook de snelheid van de productie van mangaanoxide toe, wat suggereert dat de bacteriën mangaan als brandstof gebruikten.
Het team noemde de nieuw geïdentificeerde soort ‘Candidatus Manganitrophus noduliformans ‘en Ramlibacter lithotrophicus. De exacte rol van elke soort weten de onderzoekers nog niet. Beide kunnen een integraal onderdeel zijn van het opwekken van energie uit het mangaan of een van de belangrijkste drijfveren.
De bevindingen kunnen onderzoekers helpen bij het beheren van mangaanoxide dat drinkwater vervuilt, zegt Amy Pruden, een milieuwetenschapper bij Virginia Tech in Blacksburg die niet bij het onderzoek betrokken was. “Nu we een idee hebben van wie de mangaanoxidatoren zijn, kunnen we ze gaan zoeken in drinkwatersystemen en misschien kunnen we betere controles vinden.”
Leadbetter vermoedt dat vergelijkbare bacteriën mogelijk ook verantwoordelijk zijn voor balletjes van mangaanoxide ter grootte van grapefruit op de oceaanbodem, voor het eerst opgemerkt in de jaren 1870, die wetenschappers in verwarring hebben gebracht. Hij wil daar en op andere plaatsen zoeken naar meer voorbeelden van bacteriën die mangaan als energie gebruiken.
‘Laten we kijken of we deze organismen in andere omgevingen kunnen vinden’, zegt Leadbetter. ‘Niet alleen mijn gootsteen.’
