https://frosthead.com

Termite Bellies in biogoriva

Falk Warnecke je pokukal navzdol skozi nameščeno povečevalno steklo in blago pokukal na majhen kup hroščev. Bili so mrtvi - zamrznjeni in nagrnjeni na ohlajenem kovinskem bloku, kot kavna osnova, namočena na žlico. S parom fino nategnjenih klešč je zgrabil eno od žuželk na dnu prsnega koša in jo dvignil iz bloka. Bila je rjava in komaj večja od trepalnic. Z drugo kleščico je zatipal konec trebuha. Nežno je vlekel in potegnil v dvoje. Sijajna rdečkasta vrvica je gladko zdrsnila iz eksoskeleta. Warnecke se je nasmehnil. "To je dobro glede termitov, " je rekel z debelim nemškim naglasom. "Celo črevo dobiš v enem kosu."

Warnecke noče, da bi se vodovod termita raztrgal, njegova vsebina pa se pomešala. Vsebina ga zanima. V črevesju so žarnice, ki so nabrekle z ogromno količino mikrobov, ki jih termiti uporabljajo za razgradnjo celuloze iz lesa ali trave, ki jo žuželke porabijo. Ko termitov ne imenuje "ljubke male živali", jih navaja kot "sprehajalne bioreaktorje", njihova sočna notranjost pa je nekakšno tekoče zlato. Za zdaj ga zanima le največja žarnica na vrvici, ki je znana kot tretji proktodealni segment, ali v besednem jeziku mikrobiološke ekologije "hindgut paunch". Ta predel velikosti mikrolitrov - veliko večji od okoliških črevesnih odsekov in ga je mogoče preprosto razločiti s prostim očesom - je domišljena različna skupnost mikrobov, za katere nekateri mislijo, da lahko pomagajo rešiti energetsko krizo.

Warnecke, raziskovalec ameriškega inštituta za skupni genom Ministrstva za energijo v Walnut Creeku v Kaliforniji, v zadnjem času vzbuja veliko pozornosti za svoje delo s termiti. Žuželke so izjemno učinkovite pri pretvarjanju celuloze v sladkor - prvi korak pri pridobivanju goriva iz rastlin, kot sta drevesnica ali topola. Znanstveniki ne morejo tekmovati s termiti. V laboratoriju lahko razbijejo celulozne trdne vezi, vendar so encimi, ki jih uporabljajo, divje, pretirano dragi. Tukaj prihaja Warnecke. Njegove raziskave kažejo, da se nekateri ljudje slišijo ob možnosti, da bi se potopil v mikrobiolno obaro termitov in potegnili nekaj encimov, ki bi končno omogočili industrijski etanol iz celuloze.

Odloživši klinčke, je Warnecke dvignil dve dolgi igli in odrinil okončine ter predel termita. Kapljico raztopine pufra je dal na črevesje, da je ohranil vlago, nato pa nadaljeval z napadom izbočenega zaledja zadaj, večkrat je zabodel sijočo žarnico, dokler se njena vsebina ni razlila in pomešala s pufrom, da je nastala zmes encimov in celuloznih fragmentov. S svojo pipeto je sesal nekaj tekoče "kaše" in jo prelisičil v plastično cev. Upa, da bo v kaši razkril encime, ki razgrajujejo celulozo, vendar mora najprej ugotoviti, katere bakterije, ki prebivajo v črevesju, naredijo in katere dejansko delujejo pri prebavi celuloze.

V tednu zjutraj, ko je vreme lepo, Warnecke pripelje na vlak BART in se odpelje iz Berkeleyja skozi hribe do vrhunskega predmestja Walnut Creek. Na železniški postaji se vrne na kolo in pedalira nekaj milj mimo urejenih trgovskih centrov in bencinskih črpalk do razkošnega kampusa Inštituta Joint Genome Institute, podobnega industrijskim parkom. DOE je inštitut odprl leta 1997 in služil kot središče Projekta človeškega genoma, ki je razvozlal zaporedje baznih parov v našem DNK Projekt se je končal leta 2003, vendar JGI ostaja globalno središče zaporedja in kartiranja genomov. Znotraj razvejanih labirintov in pisarn stavbe sedi skoraj sto strojev za sekljanje pralnih strojev, ki čakajo, čakajoč na vzorce DNK in RNK, poslane sem na analizo znanstvenikom po vsem svetu.

Warnecke, ki je doktoriral na Inštitutu Max Planck za morsko mikrobiologijo v Bremenu v Nemčiji, je v Walnut Creeku pridobil še bolj redko strokovno znanje. Je del majhne skupine mikrobiologov, ki so pustili svoje agarne plošče za razmeroma novo področje, znano kot metagenomics, ki vključuje analizo DNK iz okoljskih vzorcev, na primer drobovja termita ali žlice oceanske površinske vode, namesto iz gojenih celic.

Raziskovalec ameriškega ministrstva za energijo Falk Warnecke preučuje termite v upanju, da bodo pomagali rešiti energetsko krizo (Julia Olmstead) Prebava lesne kaše s termitom je predmet raziskav potencialnih novih biogoriv (iStockphoto)

"Mikrobiologi so verjetno vedno sumili, da pogrešajo nekaj raznolikosti, " je dejal Warnecke. V prvih dneh sekvenciranja genomov so znanstveniki hkrati gojili eno samo vrsto mikroorganizmov, nato pa iz teh celic odvzeli in sekvencirali DNK. Zanje bi sesanje naključne zbirke mikrobov iz termitija in upanje na zaporedje in sortiranje vsakega posameznega bakterijskega genskega materiala zdelo naravnost drzno, če ne celo nemogoče.

Warnecke, ki je pri 35 letih videti kot svežega Vladimirja Putina, meni, da je raziskovalec na klopi laboratorija. Dlako na vratu mu nabira dlake, je iskanje novih encimov - naris novih in zelo, zelo majhnih ozemelj. "Kot bi bila prva oseba, ki je videla metulje, " pravi.

Warnecke se je preusmeril na svoj laboratorijski stolček in začel se je ukvarjati s postopkom, ki ga je preživel preostanek dneva. Prilagodil je varnostna očala in rokavice iz lateksa, pobral še en termit in znova začel postopek razplinjanja. Ta termit, Nasutitermes korniger, je bil rjav kot drugi in imel sijoč, rebrast trebuh. Njegova okrogla glava je imela od vrha štrleča dva klešča. Termiti v rodu Nasutitermes se prehranjujejo s suhim mrtvim lesom. Ta je bil pred zamrznitvijo in pošiljanjem s Floride delavec, član kaste, ki je deloma zadolžen za iskanje in predelavo celuloze, da bi nahranil gnezdo vojakov in razmnoževalno licenco.

Nasutitermes je rod blizu Warneckejevega srca. Metagenomska študija, ki jo je opravil z rodom leta 2007, je odkrila vrsto novih informacij o tem, kaj se dogaja znotraj trebuha žuželk. Ne le, da je s svojimi sodelavci odkril prej neznane encime, ampak so tudi potrdili, da bakterije, ki živijo v zadnjih vrstah, sintetirajo te encime v razredu tako imenovanih "višjih" termitov - zgolj ugibanje pred Warneckejevo študijo. To delo mu je prineslo prvo avtorstvo na papirju v prestižni reviji Nature. Potem je prišlo do buje medijskega zanimanja, zahtevkov za predavanja in zdaj že 240.000 dolarjev donacije Inštituta za energetske bioznanosti - novega podjetja UC Berkeley za biogoriva z BP -, da bi naslednji dve leti preživeli nadaljnje raziskovanje termitnih črevesja, tokrat s tremi različnimi hranjenimi travami vrste.

Warneckejeva zveza s termiti ima znak genialne obsedenosti. Konec tedna po sprehodu po parku Tilden v Berkeleyjevem hribih, Warnecke v žepe potisne palice in peščice mehkega gozdnega legla. Odpadke odnese nazaj v svoje stanovanje in ga poškropi v terarij, kjer živi nekaj sto termitov, ki jih je nabral iz kalifornijske divjine. Te žuželke niso za razcepitev, temveč preprosto za nego. "V resnici ne vem, s čim jih hranim, " je dejal, "toda mislim, da so srečni." Warnecke je poslušni kustos malega; služi majhnim organizmom in njihovim mikroskopskim notranjim morjem.

V laboratoriju je Warnecke z roko pometel kup zdaj odmrznjenih koščkov terita in jih vrgel v zaboj za biološko nevarnost. Končal je z razstavljanjem svojega prvega kompleta - petdeset na epruveto - in odšel po svežo zbirko iz zamrzovalnika na drugi strani sobe. Z njimi je nasilen, vendar je njegova naklonjenost do termitov očitna. Vendar pa njegov zeleni energijski potencial večinoma pušča Warneckeja nemotenega. Z veseljem bo razpravljal o izvedljivosti biogoriv, ​​toda pravi, da ga teme ne animirajo.

Odprl je novo cev termitov in nalil majhen kup na kovinski blok. Naslednji dan bo letel v Evropo, da bi predaval o svojem termitskem delu akademikom, ki želijo biti na čelu raziskav razgradnje celuloze. "Lepo je imeti uporaben vidik in upam, da bo koristen prispevek, " je dejal Warnecke, ki se mu zdi, da je utrujen od vsega navdušenja. "Ampak mene zanima predvsem osnovna znanost, mikrobna raznolikost in simbioza." Nato je pobral še en termit in ga razdelil na dva.

Termite Bellies in biogoriva