Značaj biomarkera u astrobiologiji

UNIVERZITET U NOVOM SADU 

PRIRODNO – MATEMTIČKI 

FAKULTET 

DEPARTMAN ZA FIZIKU 

ZNAČAJ BIOMARKERA U ASTROBIOLOGIJI 

DIPLOMSKI RAD 

Mentor: 

Kandidat: 

Prof. dr Zorica Svirčev 

Jasna Tolmač 387/04 

Novi Sad, 2012. god. 

1 

SADRŽAJ

1.

UVOD.................................................................................................................................2 

 
2.

ZNAČAJ EKSTREMOFILA U ASTROBIOLOGIJI...................................................3 

Ekstremne temperature....................................................................................................5 
Visoke temperature...........................................................................................................5 
Niske temperature.............................................................................................................5 
Sredina visokog saliniteta.................................................................................................5 
Kisele i alkalne sredine......................................................................................................6 
Sredine pod visokim pritiskom.........................................................................................6 
Ekstemofili i vanzemaljski život.......................................................................................6 

3.

CIJANOBAKTERIJE KAO EKSTREMOFILI.............................................................8 
Modrozelene bakterije.......................................................................................................8 
Modeli taloženja Zemaljskog lesa...................................................................................10 
Površine sa biološkom pokoricom (PBP)........................................................................13 

            Biološka lesna pokorica i proces stvaranja lesa.............................................................18 

4.

ŠTA SU BIOMARKERI..................................................................................................21 
Biomarkeri i paleorekonstrukcija okoline

. 

Potraga za cijanobakterijskim, 

algalnim i bakterijskim biomarkerima u lesu...............................................................21

Fotosintetički pigmenti – Fikobiliproteini.....................................................................24 
Fikobilini...........................................................................................................................24 
Fikoeritrin.........................................................................................................................26 
Fikocijanin........................................................................................................................27 
Alofikocijanin...................................................................................................................28 
Fikoeritrocijanin..............................................................................................................28 
Hopanoidi..........................................................................................................................28 
Hopanoidi – Hemija i Pojava..........................................................................................29 
Geohopanoidi....................................................................................................................31 
Hopanoidi – Biohemija i Funkcija..................................................................................31 
Mikosporin........................................................................................................................32 
Scitonemin.........................................................................................................................33 

5.

ULOGA BIOMARKERA U PALEOKLIMATSKOJ REKONSTRUKCIJI............34 

6.

PRIMENA BIOMARKERA U ASTROBIOLOGIJI...................................................36 
Vanzemaljski kandidati za formiranje lesa...................................................................36 
 

7.

ZAKLJUČAK..................................................................................................................40 

8.

LITERATURA.................................................................................................................42 

3 

2. ZNAČAJ EKSTREMOFILA U ASTROBIOLOGIJI 

Kada biolozi postavljaju pitanje „Šta je život? “ oni su ograničeni opsegom oblika života 

na  Zemlji. Međutim,  kada astrobiolog postavlja  isto pitanje sve  granice  su uklonjene.

Mašta je 

jedino  ograničenje  mislima  astrobiologa.  U  tom  slučaju,  ekstremofili  su  samo  jedna  od 
mogućnosti u ljudskoj zamisli o početku, evoluciji i distribuciji života u Univerzumu (Stojanović 
et al., 2008). 

Specijalni  mikroorganizami  koji  su  u  stanju  da  nastanjuju  ekofiziološke  teške  uslove 

nazivaju  se  „ekstremofili“.  Sa  naše  antropocentrične  tačke  gledišta  ova  staništa  se  smatraju 
„ekstremnim“, iako su mikroorganizmima ta mesta ustvari „oaze“ (Seckbach and Chela-Flores, 
2001). 

Ekstremofili  opstaju  na  ivicama  temperature,  hipersaliniteta,  pH  vrednosti,  pritiska, 

isušenja.

Sve tri oblasti života (arheje, bakterije i eukariote) su među ekstremofilima (Seckbach 

and  Chela-Flores,  2001).

Dva  od  ovih  domena  su  prokariote,  odnosno  bakterije  i  arheje. 

Ekstremofili  su  pronađeni  u  širokom  spektru  okruženja  na  Zemlji,  gde  god  postoji  tečna  voda.

Ekstremofili  postoje  na  3  km  dubine  ispod  površine,  u  hidrotermalnim  izvorima  i  vrelima,  u 
kiselim  rekama  (Rio  Tinto  reka  u  Španiji),  u  oblastima  visoke  koncentracije  teških  metala,  u 
halitnim kristalima, u polarnom ledu i jezerima i u vakuumu i pod anaerobnim uslovima.

Takođe 

su  pronađeni  u  suvim  dolinama  Antarktika  i  u  Atakama  pustinji  u  Čileu  (Javaux,  2006). 
Klasifikacija i primeri ekstremofila su dati u Tabeli 1. 

4 

Tabela 1. Klasifikacija i primeri ekstremofila (Gross, 1998) 
 

Tip

Definicija

Primeri

Temperatura

hipertermofili 
termofili 
mezofili 
psihrofili

rast > 80°C 
rast 60

–

80°C 

15

–

60°C 

< 15°C

Pyrolobus fumarii

, 113 °C 

Synechococcus lividis 
Homo sapiens 
Psychrobacter

, neki insekti

Zračenje

Deinococcus radiodurans

Pritisak

barofili 
 
 
 
 
pizofili

skloni opstanku u 
dubokim podzemnim 
lokacijama ispod 
kontinetalne kore i na dnu 
okeana 
skloni opstanku pod 
pritiskom

Nepoznato 
 
 
 
 
Za mikrobe, 130 MPa

Vakuum

tolerišu vakuum (prostor 
lišen materije) 

tardigrade, insekti, mikrobi, 
semenje

Sušenje

kserofili

anhidrobiotik

Artemia salina

; valjkasti crvi, 

mikrobi, gljive, lišajevi

Salinitet

halofili

skloni opstanku u slanim 
sredinama (2

–

5 M 

NaCl)

Halobacteriacea, Dunaliella 
salina

pH

alkalofili 
 
acidofili

pH > 9 
 
skloni opstanku na niskoj 
pH vrednosti

Natronobacterium, Bacillus firmus 

OF4, 

Spirulina 

spp. ( pH 10.5) 

Cyanidium caldarium, 
Ferroplasma 

sp. (pH 0)

Tolerancija 

kiseonika

anaerobno 
mikroaerofilno 
aerobno

ne tolerišu prisustvo O

2

tolerišu prisustvo nešto O

2

zahtevaju prisustvo O

2

Methanococcus jannaschii 
Clostridium 
Homo sapiens

Hemijski 

ekstremi

Gasovi 
Metali

 
Mogu da tolerišu visoke 
koncentracije metala 
(metalotoleranti)

Cyanidium caldarium 

(čist CO

2

) 

Ferroplasma acidarmanus 

(Cu, As, Cd, Zn);  

Ralstonia 

sp. CH34 (Zn, Co, Cd, 

Hg, Pb) 

6 

izvori, slana jezera) do 250-300 g/l NaCl. Oni su toliko zavisni od tako visoke koncentracije soli 
da  ne  mogu  da  rastu  na  koncentracijama  ispod  10%  NaCl  (ESA,  1999).

Halofili  su  takođe 

primećeni u podzemnim naslagama soli. Mnoga od ovih okruženja sadrže mikrorganizme koji su 
možda preživeli milione godina u stanju hibernacije (Seckbach, 2000; Roberts, 2005). 
 

Kisele i alkalne sredine 

Hemija  života  na  Zemlji  je  optimizovana  za  neutralanu  vrednost  pH.  Neki 

mikroorganizmi  su  bili  u  stanju  da  se  prilagode  ekstremnim  uslovima  pH  vrednosti,  od  pH  0 
(izuzetno kisele) do pH 12,5 (izuzetno alkalne), iako održavaju unutar ćelija pH vrednost između 
pH 4 i 9 (ESA, 1999).

Acidofilni mikroorganizmi se nalaze u sve tri oblasti života. Ovi organizmi 

rastu  na pH nivou  od 0 do 4. Među acidofilima su sumporna bakterija, arheje i  fototropski hot 
spring  protest  kao  što  su  termoacidofilne  alge 

Cyanidium  caldarium

, 

Dunaliella  acidophilum 

i 

diatomi (silikatne alge). Hipertermofilni arhejski 

Pyrolobus fumari 

živi u opsegu pH od 4 do 6,5 

(Blöch et al., 1997; Madigan and Oren, 1999). Mnoge bakterije i nekoliko arheja, žive u drugim 
ekstremnim pH vrednostima, od pH 9 do pH vrednosti 12, oni se nazivaju alkalofili (Grant  and 
Horikoshi,  1992).  Oni  su  prisutni  svuda  na  Zemlji.  Neki  od  njih,  koji  su  otkriveni  u  sodnim 
jezerima koja su bogata karbonatima, takođe su halofili (haloalkalofili).

Najveći broj alkalofila su 

mezofili  ili  srednji  termofili,  ali  postoje  i  hipertermofilni  alkalofili,  kao 

Thermococcus

alkaliphilus

 (Keller  et al., 1995). 

Sredine pod visokim pritiskom 

Barofilne arheje i bakterije su prisutne u dubokim podzemnim lokacijama čak 4 km ispod 

kontinentalne  kore  i  na  dnu  okeana  (pritisak  1100  bara)

  (Seckbach,  2000).

Granica  ekstremnog 

pritisaka  za  život  na  Zemlji  je  nepoznata,  okruženja  iznad  1100  bara  nisu  istraživana.  Mada, 
može  biti  veoma  visoka,  jer  makromolekuli  i  ćelijski  sastojci  očigledno  samo  počinju  da  se 
denaturišu  na  pritisku  od  4-5000  bara  (ESA,

1999).  Nedavno  svemirsko  putovanje  na  Mesec  i 

nazad  na  Zemlju  je  pokazalo  da  bakterije  dugo  tolerišu  vakuum  (najmanje  2,5  godine).  Ova 
zapažanja potvrđuju stepen raznovrsnosti mikroorganizama (Seckbach,

2000). 

Ekstemofili i vanzemaljski život 
 

Među ranim mikroorganizmima, cijanobakterije su igrale glavnu ulogu, vršeći kiseoničnu 

fotosintezu i izazivajući najdublje promene u istoriji  naše planete. Pre nekoliko decenija Sagan 
(1961)  je  predložio  ekstravagantan  plan  planetarnog  inženjeringa.  On  je  predložio  setvu 
atmosfere  nepodobnih planeta sa cijanobakterijama radi činjenja ovih planeta pogodnih za život. 
Friedmann  and  Ocampo  –  Friedmann  (1995),  pratili  su  tu  ideju    Sagana    i  takođe  predložili 
širenje cijanobakterija na Marsu radi formiranja vanzemaljskog života (Seckbach, 2000). Svirčev 
(2005) definiše praktičnu upotrebu cijanobakterija u astrobiologiji, pojmom „astrobiotehnologija“ 
(Stojanović et al., 2008).   

Jedini  kriterijum  koji  je  potreban,  bez  izuzetka  za  svaku  ekološku  nišu  koja  podržava 

život je prisustvo vode u tečnom obliku za neki deo godine. Mars je okruženje bogato solju. Bilo 
koja  voda  danas  bi  verovatno  bila  zasićen  slani  rastvor,  sa  nižim  pritiskom  pare  i  nižom 
temperaturom topljenja  od čiste vode 

(Landis, 2001).

Uslovi za život na Marsu danas ne postoje, 

ali je moguće da halobakterije još uvek mogu biti preuzete iz slanih naslaga na Marsu i uzgajane