Robak, który przewrócił naszą wiedzę do góry nogami

Muszę się przyznać — kiedy pierwszy raz usłyszałam o tych badaniach, mój mózg po prostu się zatrzymał.

Wyobraźcie sobie taką sytuację: jesteście maleńkim robakiem morskim. Nie macie ust, nie macie żołądka, dosłownie niczego. Tylko wy, dryfujący w oceanie, otoczeni bakteriami symbiotycznymi, które żyją pod waszą skórą. Całe wasze istnienie zależy od trawienia tych bakteryjnych współlokatorów. Ale jest pewien problem — te bakterie są sprytne. Gromadzą zapasy węgla wewnątrz siebie, pakując go w malutkie granułki, jak wiewiórki chowałe kasztany na zimę.

Przez lata naukowcy zakładali, że gdy bakterie raz zamkną swoje zapasy węgla w tych formach, to koniec historii. Węgiel był jakby zamurowany, niedostępny dla nikogo poza mikroorganizmami, które akurat produkowały odpowiednie enzymy do jego rozbicia.

Jak się okazuje? Myliliśmy się totalnie.

Gwiazda tego show

Bohaterem tej opowieści jest Olavius algarvensis — morski robak tak dziwny, że w ogóle nie ma układu pokarmowego. Polega całkowicie na symbiotycznych bakteriach żyjących pod jego skórą. Bakterie te, co ważne, magazynują ogromne ilości węgla w postaci polihydroksyalkanianów, w skrócie PHA.

Naukowcy z Instytutu Maxa Plancka ds. Mikrobiologii Morskiej w Niemczech zastanawiali się: czy ten bezjelitowy cud natury może jakoś sięgnąć po te zablokowane zapasy węgla?

Odpowiedź brzmi: zdecydowanie tak.

Zespół odkrył, że robak produkuje własny enzym specjalnie zaprojektowany do rozkładania mikrobiologicznych PHA. I co najlepsze — jest on wytwarzany dokładnie tam, gdzie robak trawi swoich bakteryjnych partnerów. Mówię wam, natura ma zawsze idealne narzędzia do pracy. Jest o wiele mądrzejsza, niż jej dajemy kredyt.

Ale tu zaczyna się prawdziwa szaleństwo.

66 gatunków i ciąg dalszy

Naukowcy nie poprzestali na jednym robaku. Przeszukali genomy zwierząt — rozglądając się szeroko w drzewie życia — i znaleźli spokrewnione enzymy u ponad 66 różnych gatunków z aż dziewięciu typów (phyla). Dziewięć! To wszystko: od gąbek, przez rozgwiazdy, po dżdżownice i skoczogonki.

Kiedy przetestowali te enzymy w laboratorium, zadziałały. Enzymy organizmów, które rozeszły się setki milionów lat temu, wszystkie radziły sobie z rozkładaniem mikrobiologicznych PHA.

„Wchodziliśmy w to z założeniem, że znajdziemy może jeden czy dwa gatunki z tą zdolnością" — powiedział jeden z badaczy. „Zamiast tego znaleźliśmy to wszędzie."

To, drodzy przyjaciele, nazywa się w nauce „zmianą paradygmatu". To rodzaj odkrycia, przy którym chce się zadzwonić do swojego profesora ekologii i powiedzieć: „pamiętasz, jak myśleliśmy, że tylko bakterie to potrafią? No więc..."

A czym właściwie są PHA?

Dobre pytanie. Polihydroksyalkaniany to zasadniczo naturalne plastiki produkowane przez mikroorganizmy. Gdy bakterie mają więcej węgla, niż potrzebują, nie noszą tego nadmiaru ze sobą — magazynują go, polimeryzując w te granulkowe związki wewnątrz komórek.

PHA są dość niesamowite, jeśli się nad tym zastanowić. Są całkowicie biodegradowalne. Można je formować w różne kształty. Są odporne na wodę. Wykorzystuje się je już teraz w opakowaniach spożywczych, implantach medycznych, a nawet w granulatach rolniczych, które powoli uwalniają nawóz podczas rozkładania.

Innymi słowy — to wszystko, czym konwencjonalny plastik nigdy nie będzie.

Problem? Wytwarzanie ich na skalę przemysłową wciąż jest drogie i stanowią zaledwie malutki kawałek obecnego rynku bioplastików. Ale wraz ze wzrostem zapotrzebowania na materiały zrównoważone, PHA przyciągają coraz więcej uwagi.

Czemu to wszystko zmienia (trochę)

Oto część, która naprawdę mnie nakręca.

Wiedzieliśmy od jakiegoś czasu, że PHA występują w glebach, osadach i środowiskach wodnych na całej planecie. Naukowcy badający te materiały koncentrowali się niemal wyłącznie na tym, jak mikroorganizmy je rozkładają. To miało sens — przecież to one to produkują, więc na pewno tylko one potrafią to odwrócić, prawda?

Znów błąd.

To badanie sugeruje, że zwierzęta z niemal każdej głównej gałęzi drzewa życia cichutko trawią naturalne bioplastiki przez cały ten czas. Nie są biernymi obserwatorami w środowiskach, gdzie PHA występują — aktywnie uczestniczą w ich rozkładaniu.

Co więcej, oznacza to, że zwierzęta mają dostęp do rezerw węgla, które naukowcy wcześniej uważali za całkowicie dla nich zamknięte. Obieg węgla w świecie drobnoustrojów właśnie stał się o wiele bardziej skomplikowany — i o wiele ciekawszy.

Co to oznacza dla nas?

Szczerze? Jeszcze nie do końca wiem, i myślę, że to ekscytujące.

Po stronie przemysłowej to odkrycie może otworzyć nowe sposoby myślenia o produkcji i biodegradacji materiałów na bazie PHA. Jeśli zrozumiemy naturalne ścieżki, którymi zwierzęta rozkładają te związki, może uda nam się projektować lepsze systemy — albo może po prostu docenimy, jak natura radzi sobie z tymi rzeczami sama.

Po stronie naukowej będziemy musieli całkowicie przepisać niektóre podręczniki. Obieg węgla jest fundamentalny dla życia na Ziemi, a jeśli zwierzęta odgrywają o wiele większą rolę w przetwarzaniu mikrobiologicznych zapasów węgla, niż sobie wyobrażaliśmy, to zmienia nasze modele funkcjonowania ekosystemów.

A osobiście? Po prostu kocham fakt, że wciąż jest tak wiele rzeczy, których nie wiemy. Możemy wysyłać roboty na Marsa i sekwencjonować cały ludzki genom, a wciąż odkrywamy, że dżdżownice potrafią trawić rzeczy, które uważaliśmy za zasadniczo niezniszczalne.

To sprawia, że zastanawiasz się, co jeszcze tam jest, czekając aż ktoś przyjrzy się trochę bliżej.