Levende veggmalerier:Veggkunst laget av fotosyntetiske bakterier
Fra Evolution News, 16. juli 2021. Oversatt herfra (2 siste avsnitt byttet om på.)

Bilde 1. Hulemaleri med flere lag

Noen mørke, skinnende vegger er kjent for alle ørkenoppdagere, og skiller seg ut fra de normalt røde, flat-toppede klipper og kløfter i det sørvestlige USA. Indianere etset i århundrer tegninger inn i dem. Den allestedsnærværende 'ørkenlakken' som dekker solbelyste vegger av sandstein i Utah og andre ørkenmiljøer rundt om i verden, har imidlertid lenge vært en gåte for forskere. Hvordan dannes den? Hvorfor dannes den? Nå tror de at de har svaret: kunstnerne er fotosyntetiske bakterier.

I sin kommentar i PNAS, "Shining light on photosynthetic microbes and mangananriched rock fernish", -lenke er Valeria C. Culotta og Asia S. Wildeman glade for at en omfattende forklaring endelig har kommet:
"Lakken er et metallbelegg som er flere hundre mikrometer dypt, hovedsakelig sammensatt av svarte oksider av mangan eller oransjefargede jernoksider. Mange eldgamle helle-ristninger av indianere ble skapt ved å etses inn i det svarte eller oransje lakklaget, og avsløre den lysere steinen under. Den svertede manganrike lakken inneholder Mn3+ eller Mn4+ oksider i konsentrasjoner to til tre størrelsesordener høyere enn mangannivåer i nabojord eller stein. Disse lakkene utvikler seg veldig sakte over tid, og krever tusenvis av år i produksjon. I en artikkel av Lingappa et al. hemmelighetene til oppkomsten av steinlakk blir avslørt ved oppdagelsen av mikrober som lever i ørkenstein og avsetter mangan-fotavtrykk som sin arv."

Ørkenlakk, viser det seg, er et produkt av generasjoner av mikrober som stabler arbeidet sitt, som stromatolitter, på toppen av arbeidet til tidligere generasjoner. Lakk øker i tykkelse over tid. Men det tar heller ikke unormalt lang tid, for ny lakk kan finnes på toppen av tidligere etsninger. Bakteriene bruker dobbeltionisert mangan (Mn2+) mens de er i live. Etter at de dør, konverterer andre bakterier eller abiotiske prosesser det til Mn3+ eller Mn4+ oksider. Dette forklarer de tidligere observasjonene.

Bilde 2. Mangan i periodisk tabell

Om mangan
Mangan (atomnummer 25, molekylvekt 55) er det 12. mest hyppige grunnstoffet på jorden, og det 5. mest rikelige metallet; Likevel utgjør det bare 0,1 prosent av jordskorpen. Det er langt mindre rikelig i solsystemet for øvrig (360 ppm på jorden, 0,2 ppm andre steder). Ifølge nettstedet Chemicool -lenke, som dokumenterer slike ting, ble mangan identifisert som et eget grunnstoff i 1740. Romerne hadde brukt svart mangandioksid for å lage fargeløst glass - en funksjon som fortsatt er i praksis i dag. Den brukes først og fremst i legeringer nå og finner veien til plastflasker og aluminiumsbokser, noe som gir dem stivhet. I livet er det et essensielt sporelement for fotosyntese. Alt levende, inkludert mennesker, trenger å innta mangan:
I menneskekroppen er det behov for flere manganholdige enzymer for å metabolisere karbohydrater, kolesterol og aminosyrer. Vanligvis inneholder kroppen 10-20 mg mangan. Dette må etterfylles ofte fordi kroppen vår ikke kan lagre det. Omtrent en fjerdedel av manganet i kroppen vår er i knokler, mens resten er jevnt fordelt gjennom vevet vårt.
Michael Denton inkluderer en del om mangan i sin korte bok The Miracle of the Cell -lenke, der han beskriver elementets avgjørende rolle i kloroplaster for å oksidere vann. Forbindelsen Mn4Ca ligger i hjertet av et enzym som gjør det mulig for planter å frigjøre oksygen til atmosfæren og bruke reserveelektronene til fremstilling av biomolekyler. Uten den forbindelsen ville livet, slik vi kjenner det, være sjeldent til ikke-eksisterende. Evolution News har diskutert -lenke, hvordan mangan og andre spormetaller leveres i brukbar form til jordoverflaten av isbreer - en av flere geologiske prosesser som sikrer at essensielle elementer er tilgjengelige for levende organismer.

Mikrober involvert i ørkenlakk

Ved å ha fem frie elektroner, kan mangan innta flere redokstilstander i forskjellige oksider som, i likhet med jernoksider, kan være fargerike. Manganoksidene på ørkenveggene får en skinnende mørk lilla farge. Forskere hadde oppdaget mikrober i lakken, men de manglet en forklaring på hvordan mikrobene avsatte mangan på fjellgrunn i så høye konsentrasjoner. Culotta og Wildeman forklarer gjennombruddet laget av Lingappa-teamet:
"Det som manglet i disse innledende analysene av lakkmikrober var en forklaring på opprinnelsen til mangan. Uansett redokstilstand, hvordan kommer mangan i en slik overflod dit i utgangspunktet? Et gjennombrudd ble oppnådd av Lingappa et al. gjennom analyser av de fysiske, mikrobiologiske og bio-uorganiske egenskapene fra forskjellige prøver av ørkenlakk. Et hovedfunn var den sterke anrikningen av Xenococcaceae-familien av Cynanobacteria, på alle steder med ørkenlakk som ble undersøkt. Bevisene viser at disse fotosyntetiske bakteriene ikke bare er passasjer, men snarere en pådriver for ørkenlakk, ansvarlig for å avsette mangan i høye konsentrasjoner på lakksteder."
Kort sagt, er ørkenlakk et produkt av fotosyntetiske cyanobakterier! På de tørre ørkenklippene vokser levende celler og frigjør oksygen for å puste. Dette forklarer hvorfor materialet er foretrukket på solbelyste vegger. Ikke nok med det, bakteriene omdanner også den mye omtalte drivhusgassen karbondioksid til former for karbon som naboceller kan bruke til sin Calvin-syklus -lenke, "og derved fremme mikrobiell vekst i det ellers næringsfattige miljøet i ørkenen". Det forbløffende resultatet er et "usynlig intrikat økosystem som over tusenvis av år skapte disse vakre glitrende steinene." Klimatologer vil utvilsomt være glade for den naturlige karbonfangstprosessen også.

Bilde 3. Mangan i naturen

Konsentrert forsvar
Hvordan konsentrerer mikrober mangan på nivåer som er hundrevis eller tusenvis av ganger høyere enn miljøet rundt? Tilsynelatende blåser svaret i vinden. Støv båret av vinden leverer dette sporelementet til cyanobakteriene, som er i stand til å importere det og ta det i bruk. Overraskende nok er Mangan "ikke bundet til proteiner eller andre makromolekyler, men snarere til små organiske eller uorganiske forbindelser."
Men spørsmål gjensto; hvorfor trenger disse mikrobene så mye mangan? Cyanobakterier trenger omtrent 100 000 atomer Mn per celle for å drive fotosyntese, men disse artene ble funnet å inneholde 100 millioner atomer per celle. Hvorfor? Chroococcidiopsis, den mest tallrike arten på bergvegger, bruker manganklyngene til solbeskyttelse!
"Selv om naturen til Mn2+-komplekset(e) fortsatt er ukjent, vil det sannsynligvis gi Chroococcidiopsis ekstremt forsvar mot de skadelige ROA-effektene [Reaktive OksygenArter] fra overdreven uttørking, varme og ioniserende stråling."

Hulekunst med lagavtrykk
Det er en entusiastisk subkultur av ørkenvandrere og terrengkjørere - også forskere - som forståelig nok gleder seg over å finne bergkunst på canyonveggene. Det er som en skattejakt. Noen ganger strekker de seg langt for å finne disse tause meldingene etterlatt av tidligere menneskelige samfunn som chippet figurer av seg selv og deres dyr og guder inn i ørkenlakken ned til sandsteinen under. Kunstverket avslører noe hinsides naturen: noe om sinnet til intelligente agenter som tok seg tid til å sette sine spor for ettertiden. Hvis hobby-kunstnerne visste at kunstverket i det avskårne materialet var enda mer fascinerende, hva ville reaksjonen vært? Ville det vært som å skrelle bort lag av papir som inneholder pinnefigurer, for å oppdage et mesterverk under?
Vitenskapens verktøy tillater oss å skrelle vekk overflatene til miljøer vi ofte møter for å avsløre lagavtrykk av design som alltid var der, men som aldri har vært sett før. Noen av dem er ekte vegginskripsjoner.

Bilde 4. Mangans kretsløp i jorda

En bio-geosfære modulert av mikrober

For en bemerkelsesverdig ting å lære: Det som en gang ble ansett som "primitive" celler, skaper enorme veggmalerier av levende kunst på klippevegger rundt om i verden - ikke bare for å vise, men for oksygenutstrømming og karbonfangst, prosesser som gagner hele biosfæren. Og de gjør dette i noen av de tørreste, varmeste og utsatte habitatene på jorden!
Rollen til mikrober involvert i massive geofysiske prosesser blir mer tydelig. Bakterier finnes i bioskorper, og hjelper høyere organismer med å etablere fotfeste i sandørkener. De er involvert i dannelsen av hulespeleothems. Og nå ser vi dem sette opp butikk på ørkenklipper, og lage økologiske veggmalerier som viser frem biokjemisk trolldom. Bakterier reiser verden rundt i vind og skyer -lenke, og bringer sin ekspertise til noen av de mest ugjestmilde delene av planeten. I motsetning til det abiotiske støvet som bærer dem, opererer alle mikrober på kodet informasjon som leder molekylære maskiner til å utføre arbeid som er både funksjonelt og vakkert. I den originale artikkelen i PNAS-lenke, sier Lingappa et al.:
"Forståelsen av at lakk er rester av liv, ved å bruke mangan for å trives i ørkenen, og illustrerer at selv i ekstreme miljøer er livets avtrykk allestedsnærværende i landskapet."

Oversettelse via google oversetter, ved Asbjørn E. Lund