Arsenik är ett dödligt gift för de flesta levande saker, men ny forskning visar att mikroorganismer andas arsenik i ett stort område av Stilla havet. Ett team från University of Washington har upptäckt att en gammal överlevnadsstrategi fortfarande används i delar med låg syrehalt i den marina miljön.

"Att tänka på arsenik som inte bara en dålig kille, men också som fördelaktigt, har omformat hur jag ser på elementet, "sa författaren Jaclyn Saunders, som gjorde forskningen för sin doktorsavhandling vid UW och nu är postdoktor vid Woods Hole Oceanographic Institution och Massachusetts Institute of Technology.

Studien publicerades i veckan i Förfaranden från National Academy of Sciences .

"Vi har länge vetat att det är mycket låga halter av arsenik i havet, "sa medförfattaren Gabrielle Rocap, en professor i oceanografi vid UW. "Men tanken att organismer kan använda arsenik för att leva - det är en helt ny ämnesomsättning för det öppna havet."

Forskarna analyserade havsvattenprover från ett område under ytan där syre nästan saknas, tvinga livet att söka andra strategier. Dessa regioner kan expandera under klimatförändringar.

"I vissa delar av havet finns en smörgås med vatten där det inte finns något mätbart syre, "Rocap sa." Mikroberna i dessa regioner måste använda andra element som fungerar som en elektronacceptor för att extrahera energi från mat. "

De vanligaste alternativen till syre är kväve eller svavel. Men Saunders tidiga undersökningar tyder på att arsenik också kan fungera, uppmanade henne att leta efter bevisen.

Teamet analyserade prover som samlats in under en forskningskryssning 2012 till det tropiska Stilla havet, utanför Mexikos kust. Genetiska analyser av DNA som extraherats från havsvattnet hittade två genetiska vägar som är kända för att omvandla arsenikbaserade molekyler som ett sätt att få energi. Det genetiska materialet var inriktat på två olika former av arsenik, och författare tror att vägarna förekommer i två organismer som cyklar arsenik fram och tillbaka mellan olika former.

Resultaten tyder på att arsenikandande mikrober utgör mindre än 1% av mikrobepopulationen i dessa vatten. Mikroberna som upptäcks i vattnet är förmodligen fjärran relaterade till de arsenikandande mikroberna som finns i varma källor eller förorenade platser på land.

"Vad jag tycker är det coolaste med dessa arsenikrespirerande mikrober som finns i havet idag är att de uttrycker generna för det i en miljö som är ganska låg i arsenik, "Sa Saunders." Det öppnar gränserna för var vi kan leta efter organismer som andas arsenik, i andra arsenikfattiga miljöer. "

Biologer tror att strategin är en övergång från jordens tidiga historia. Under den period då livet uppstod på jorden, syre var knappt i både luften och i havet. Syre blev rikligt i jordens atmosfär först efter att fotosyntesen blev utbredd och omvandlade koldioxidgas till syre.

Tidiga livsformer måste få energi genom att använda andra element, såsom arsenik, vilket sannolikt var vanligare i haven vid den tiden.

"Vi hittade de genetiska signaturerna på vägar som fortfarande finns där, rester av det förflutna havet som har bevarats fram till idag, Sa Saunders.

Arsenikandningsbefolkningar kan växa igen under klimatförändringarna. Regioner med låga syre beräknas expandera, och upplöst syre förutspås sjunka i havsmiljön.

"För mig, det visar bara hur mycket som finns kvar i havet som vi inte vet, "Sa Rocap.

Saunders samlade nyligen in fler vattenprover från samma region och försöker nu odla de arsenikandande marina mikroberna i ett laboratorium för att studera dem närmare.

"Just nu har vi bitar av deras genomer, bara nog att säga att ja de gör den här arsenomvandlingen, "Sa Rocap." Nästa steg skulle vara att sätta ihop ett helt genom och ta reda på vad de kan göra mer, och hur den organismen passar in i miljön. "