Направи дарение на училище!

Според някои сведения Титаник може да изчезне в рамките на 20 години, поради действието на микроби – които на друго място могат да помогнат за опазване на потънали кораби от разпад.

Когато отплава на първото си пътешествие през 1912 г., никой не е могъл да предвиди как ще изглежда пищният RMS (Royal Mail Ship) Титаник в момента – ръждясал кораб на  дъното на Атлантическия океан. Но поне нещо от кораба е останало, повече от век след злополучното му трансатлантическо пътешествие.

Въпреки това, учените смятат, че в рамките на няколко десетилетия може да не остане нищо от кораба, благодарение на вид бактерии, които бавно разяждат железния корпус.

Робърт Балард, океанограф в Университета на Роуд Айлънд в Narragansett, открива останките на Титаник през 1985 г. Това, което не е широко известно тогава е, че откритието става заради участието на Балард в тайна мисия на военноморските сили на САЩ да се локализират останките на две американски атомни подводници, потънали по време на Студената война. Просто така се случило, че Титаник е намерен между двете отломки.

По време на това първоначално откритие, корабът е забележително запазен. Това са 3,8 км под повърхността, а липсата на светлина и огромното налягане правят района негостоприемен за живот и забавят корозията. Превъртаме 30 години напред, обаче, и корпусът е ръждясал целият, благодарение на хранещи се с метал бактерии. Някои изследователи в момента дават на корабните останки само още 14 години преди да изчезнат завинаги.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Какво знаем за микроба, който е отговорен за това?

Историята започва през 1991 г., когато учени от Университета Dalhousie в Халифакс, Нова Скотия, Канада, събират проби от ръждиви образувания, подобни на ледена висулка – „rusticles“ – висящи от кораба. Занесли ги в лабораторията и видели, че гъмжат от живот.

Но чак през 2010 г. отделна група от учени, ръководена от Хенриета Ман в Университета Dalhousie, решава да идентифицира този тип живот.
Те изолират само един вид бактерии, и той се оказва съвсем нов за науката. Ман и колегите ѝ го кръщават на кораба – ​​Halomonas titanicae.

Бактериите могат да оцелеят в условия, които са напълно негостоприемни за повечето форми на живот на Земята: вода, черна като катран и при смачкващо налягане.

Но те са наследили и друг, още по-удивителен трик. Бактериите Halomonas често се срещат живеещи в друг вид екстремни условия: солени блата. Тук солеността на водата може да варира драстично поради изпаренията, а бактериите Halomonas са устроени така, че да се справят с проблема.

Ако водата, която облива клетките е твърде солена, водата ще бъде извлечена от клетките, карайки ги да се свият и умрат. От друга страна, твърде малко сол може да бъде също толкова смъртоносна. Например, червените кръвни клетки, поставени в чиста вода, се пукат при навлизане на водата.

И двете събития се случват, тъй като водата „иска“ да се премества от област с висока концентрация на вода към област с ниска концентрация вода, феномен, известен като осмоза.

Но какво означава това?

Соли, захари и други малки молекули се разтварят във вода, заемайки място, което означава, че има по-малко пространство за самата вода. Когато тези участъци с ниска концентрация на водата влизат в контакт с чиста вода, водата ще нахлуе за изравняване на баланса, по подобен начин, както топлият въздух се втурва навън от къщи през зимата, когато вратата се отвори. Тъй като клетъчните мембрани са пропускливи към вода, това означава, че всички форми на живот са изключително чувствителни към външни и вътрешни нива на соли.
За да предотвратят спукване или свиване на клетките си, много видове произвеждат съединения, като захари или аминокиселини, които поддържат концентрацията на „нещата“ в клетките си стабилни спрямо външната среда, спирайки водата да нахлува или да изтича.

Въпреки това, не много организми могат да направят това до такава степен, както бактериите Halomonas. Джо Закай от Института Laue–Langevin в Гренобъл, Франция,  е част от международен екип от учени, които са анализирали как бактериите могат да оцелеят в такива екстремни и променливи условия. Те открили, че Halomonas използват молекула, наречена ектоин, за да се предпазват от осмотичното налягане.

„Ако една клетка трябва да оцелее в среда с колебания на солевите концентрации, тя трябва да има начин да компенсира чрез регулиране на концентрацията на вътрешния си разтвор“, казва Закай. „Halomonas произвеждат ектоин, за да противодействат на външното осмотично налягане. Когато външната концентрацията на сол се променя, концентрацията на ектоин ще се измени съответно.“

С други думи, колкото по-солена става водата, толкова повече ектоин произвеждат бактериите в клетките си, за да спрат водата от изтичане. Въпреки това, тази адаптация може да бъде много опасна за един организъм. Колкото повече „неща“ се натрупват вътре в клетката, толкова повече може да застанат между водните молекули, разрушавайки уникалните свойства водата.

Причината водата да е абсолютно необходима за живота, са уникалните връзки между молекулите – известни като водородни връзки – които ѝ позволяват да действа като разтворител. Други химикали могат да се разтварят в нея и могат да реагират заедно.

Реакциите на живота трябва да се извършат в разтвор, ето защо всички наши клетки се намират в течна вода. Нещо повече, РНК и ДНК, протеините и ензимите, отговорни за извършване на ежедневната работа на клетката, както и мембраните, които им дават структура, трябва да бъдат заобиколени от слой вода, за да функционират.

Този слой вода, известен като „хидратационна обвивка“, е от решаващо значение за правилната обвивка на протеините и тяхната функция. Ако тя се наруши, структурата на протеините ще се наруши и те ще се разпаднат, което ще убие клетката.

Бактериите очевидно са в състояние да натрупват изключително високи концентрации на ектоин в клетките си и проучването установило, че Halomonas произвежда толкова много ектоин, че той представлява 20% от масата на клетките, но молекулата трябва по някакъв начин да остави тези важни свойства на водата непокътнати.

За да се изследва как става това, учените, ръководени от Закай, бомбардират бактериите с  неутрони. Наблюдавайки модела, получен от отскачащите неутрони от атомите в клетъчните мембрани и протеини на микробите, учените са успели да „видят“ в структурите на молекулярно и атомно ниво.

Има няколко места в света, които са оборудвани за такива експерименти. Изследователите са работили в Института Laue Langevin, един от малкото неутронни изследователски центрове в света.

„Наблюдавайки как неутроните са разпръснати при различните проби, ние успяхме да определим как ектоинът действа върху протеините и клетъчните мембрани и най-важното – върху водата“, казва Закай. „Вместо да пречи, [ектоинът] всъщност увеличава разтворителните свойства на водата, които са от съществено значение за биологията.“

Оказва се, че независимо колко ектоин се разтваря вътре в клетката, водната обвивката на протеините и клетъчната мембрана остава 100% вода, което позволява на метаболизма на клетката да продължи да функционира нормално. Това е така, защото, когато ектоинът образува водородни връзки с водата, той образува големи клъстери, които не се побират на повърхността на протеините и мембраните, така че само чистата вода може да остава.
Първоначалните изследвания на Н. titanicae показват, че той може да вирее във вода с най-малко 0,5% обемно тегло и най-много 25%, въпреки че е най-добре с концентрация на сол между 2% и 8%.

Все пак не е ясно как и дали тази солева толерантност е спомогнала да колонизират корабните останки.

H. titanicae не е единствената бактерия, която обича да обитава корабни развалини. Различни видове микроби колонизират останките почти веднага след като корабът падне на морското дъно. Те бързо изграждат лигав лепкав филми на всички налични повърхности, наречени „биофилми“. Тези биофилми са рай за корали, гъби и мекотели, които от своя страна привличат по-големи животни.

Много бързо корабните останки стават своеобразен изкуствен риф, дом на разнообразен живот.

Древни дървени потънали кораби са завзети от микроби, които се хранят с дървесина, като в същото време по-модерните стоманени кораби привличат бактерии като H. titanicae, които обичат да ядат желязо. Докато H. titanicae в крайна сметка може да унищожи Титаник, много от тези бактерии всъщност защитават своите кораби от корозия, което е една от причините, поради които все още имаме корабни останки, датиращи чак до 14-ти век пр. Хр.
През 2014 г. екип от учени от американското Bureau of Ocean Energy Management (BOEM) проведе може би най-задълбоченото проучване до момента за микробния живот на потънали кораби. Те проучили осем корабни останки в северната част на  Мексиканския залив. Останките включвали ветроходни кораби с дървен корпус, датиращи от 19-ти век, един ветроходен кораб с дървен корпус вероятно от 17-ти век и три плавателни съда със стоманен корпус от Втората световна война, един от които е бил потопен от германска подводница.

Те открили, че материалът, от който е построен корабът, е от решаващо значение за определяне на вида микроб, който е привлечен от останките. Дървените кораби са препълнени с бактерии, които атакуват и се хранят с целулоза, хемицелулоза или лигнин, които се намират в дървото. Стоманените кораби, от друга страна, се обитават  предимно от обичащи желязо бактерии.

Странно, въпреки че бактериите основно се хранят с кораба, те всъщност служат, за да го предпазят от корозия.

„По същество, това, което се случва, е, че всеки кораб, който потъва, било то дървен кораб от 19-ти век или кораб със стоманен корпус от Втората световна война, след като удари дъното, става достъпен за микроби, които бързат да покрият всяка повърхност“, казва морският археолог Мелани Демор в BOEM в Ню Орлиънс, Луизиана, един от водещите учени на експедицията.
„В началото корабът ще започне да корозира, тъй като е в контакт с морска вода, но след като микробите започнат да колонизират останките, те образуват биофилм, който образува защитен слой между кораба и морската вода“, казва Демор.

Това означава, че всеки вид механично въздействие ще пробие тази защитната кора и отново ще открие чистия метал за морската вода, ускорявайки корозията.

Не само механичното въздействие може да ускори корозията. Катастрофата Deepwater Horizon от 2010 г. изля милиони литри петрол в Мексиканския залив и голяма част от него навлезе в дълбокия океан. При лабораторни експерименти екипът е установил, че излагането на петрол може да ускори корозията на корабен остатъчен материал. Това предполага, че петролът от разлива на Deepwater Horizon може би ускорява корозията на потънали кораби по морското дъно, но екипът все още не е в състояние да разберете дали това наистина се случва.

„Всички бактерии, гъбички и микроби имат специфична функция, която изпълняват, и са еволюирали да я извършват в продължение на милиони години“, казва Демор.
„Железенсулфат-редуциращи бактерии са привлечени от желязото в стоманата на  потънали кораби, а други обичат въглеводородите, които съставят петрола, и така те процъфтяват след разлива от 2010 г. Въпреки това, ние открихме, че не всички микроби могат да понасят да бъдат изложени на нефт и химически дисперсанти и за някои това е  изключително токсично. Дори четири години по-късно, петролът все още присъстваше в околната среда, и вредния ефект, който оказа върху бактерии и биофилми, означаваше, че останките са били изложени на морска вода и са корозирали много по-бързо.“

Откритието е тревожно. Повече от 2000 потънали кораби лежат на морското дъно на залива, включително всичко от испанските кораби от 16-ти век до руините на подводници от Втората световна война. Тези потънали кораби са важни исторически паметници, които осигуряват уникален поглед към миналото. Те също осигуряват дом за дълбоководен живот.

Но в крайна сметка всички потънали кораби – включително Титаник в Атлантическия океан – ще бъдат изядени изцяло, независимо дали чрез ядящи метал бактерии или корозия на морска вода. Желязото на 47 000-тонния плавателен съд ще се окаже в океана. В крайна сметка една част ще бъде включено в органите на морски животни и растения. Титаник ще бъде рециклиран.

Превод: Гергана Димитрова

Източник: BBC

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!