https://frosthead.com

Termite Bellies и биогорива

Фолк Уорнеке надникна през монтирано лупа и нежно пъхна малка купчина бъгове. Те бяха мъртви - замразени и натрупани върху охладен метален блок като кафеена основа, натъпкана на лъжица. С чифт фини щипци той грабна едно от насекомите в основата на гръдния му кош и го издигна от блока. Беше кафяв и едва ли по-голям от миглите. С втори щифт той прищипа края на корема. Той нежно дръпна и го издърпа на две. Лъскава, червеникава струна плавно се изплъзна от екзоскелета. Уорнеке се усмихна. "Това е добро нещо за термитите", каза той с плътен немски акцент. "Получаваш цялото черво в едно парче."

Warnecke не иска водопроводът на термита да се разкъса и съдържанието му да се смеси. Това е съдържанието, от което се интересува. В червата има луковични камери, които са набъбнали с огромни количества микроби, които термитите използват, за да разграждат целулозата от дървесината или тревата, която насекомите консумират. Когато той не нарича термити „сладки малки животни“, той ги нарича „ходещи биореактори“ и счита, че сочните им интериори са вид течно злато. Засега той се интересува само от най-голямата крушка на връвта, която е известна като третия проктодеален сегмент, или, на езика на микробната екология, „задния задник“. Това отделение с размер на микролитър - много по-голямо от околните чревни участъци и лесно се различава с просто око - е дом на различна общност от микроби, които някои хора смятат, че могат да помогнат за разрешаването на енергийната криза.

Уорнеке, изследовател от Съвместния геномен институт на Министерството на енергетиката на САЩ в Walnut Creek, Калифорния, напоследък предизвиква много внимание за работата си с термитите. Насекомите са изключително ефективни при превръщането на целулозата в захар - първата стъпка в производството на гориво от растения като трева или топола. Учените не могат да се конкурират с термити. Те могат да разрушат здравите връзки на целулозата в лабораторията, но ензимите, които използват, са диво, непосилно скъпи. Оттам идва Warnecke. В неговите изследвания някои хора се слюноотделят при перспективата да се потопят в микробната яхния на термитите и да извадят няколко ензима, които най-накрая ще позволят производството на етанол от целулоза в индустриален мащаб.

Оставяйки настрана щипците, Уорнеке вдигна две дълги игли и избута крайниците и карапуса на термита. Той сложи капка буферен разтвор върху червата, за да го поддържа влажен, и след това пристъпи към атака на изпъкналия заден задник, като многократно намушква лъскавата крушка, докато съдържанието й се разлее и се смеси с буфера, за да образува суспензия от ензими и целулозни фрагменти. С пипетата си изсмуква част от течната "каша" и я напръска в пластмасова тръба. Той се надява да идентифицира разграждащите целулоза ензими в каша, но първо трябва да разбере кои бактерии, които живеят в червата, и кои всъщност работят при усвояването на целулозата.

В делничните сутрини, когато времето е добро, Warnecke кара с влак BART и го извежда от Беркли през хълмовете до висококачественото предградие на Walnut Creek. На гарата той се връща на колелото си и върти педали на няколко мили покрай подредени ивици и бензиностанции до разкошния кампус на Института на съвместния геном, наподобяващ индустриални паркове. DOE отвори института през 1997 г., за да служи като център на проекта за човешкия геном, който дешифрира последователността на базовите двойки в нашата ДНК. Проектът приключи през 2003 г., но JGI остава глобален център на секвенцията и картографирането на геномите. Вътре в разклонения лабиринт на лаборатории и офиси почти сто секвени машини с размер на перални машини седят на тананика, очаквайки ДНК и РНК проби, изпратени тук за анализ от учени по целия свят.

Уорнеке, спечелил докторска степен в Института за морска микробиология на Макс Планк в Бремен, Германия, придоби още по-редки експертни познания в Walnut Creek. Той е част от малка група микробиолози, които са оставили своите агарови плочи за сравнително ново поле, известно като метагеномика, което включва анализ на ДНК директно от проби от околната среда, като термитни черва или лъжица повърхностна вода на океана, вместо от култивирани клетки.

Изследователят на Министерството на енергетиката на САЩ, Фолк Уорнеке, изучава термитите с надеждата да помогнат за разрешаването на енергийната криза (Джулия Олмстед) Термитното храносмилане на дървесна маса е предмет на проучване на потенциални нови биогорива (iStockphoto)

"Микробиолозите вероятно винаги са подозирали, че им липсва някакво многообразие", каза Уорнеке. В първите дни на секвениране на генома учените отглеждат един тип микроорганизми наведнъж, след което извличат и секвенират ДНК от тези клетки. За тях изсмукване на произволна колекция от микроби веднага от корема на термит и с надеждата да секвенират и сортират генетичния материал на всяка отделна бактерия би изглеждало направо смело, ако не и невъзможно.

Уорнеке, който на 35 години прилича на свежо лице Владимир Путин, счита себе си за изследовател на лабораторната скамейка. Това, което убожда космите отзад на врата му, е търсенето на нови ензими - очертаване на нови и много, много малки територии. „Това е като първият човек, който видя пеперуди“, казва той.

Премествайки се в лабораторното си столче, Уорнеке започна да се настанява в процеса, в който щеше да прекара остатъка от деня довършвайки. Той приспособи предпазните си очила и латексовите ръкавици, взе още един термит и започна процесът на обезмасляване отново. Този термит, корниджър на Nasutitermes, беше кафяв като останалите и имаше лъскав, оребрен корем. Кръглата глава без очи имаше две щипки, стърчащи отгоре. Термитите от рода Nasutitermes се хранят със суха мъртва дървесина. Тази, преди да бъде замразена и изпратена тук от Флорида, беше работник, член на кастата, натоварена отчасти с намирането и обработката на целулоза, за да изхрани войниците на гнездото и репродуктивните роялти.

Nasutitermes е род, близък до сърцето на Warnecke. Метагеномично проучване, което направи с рода през 2007 г., разкри множество нови сведения за това какво се случва вътре в корема на насекомите. Не само той и колегите му откриха неизвестни досега ензими, но и потвърдиха, че в класа на така наречените „по-високи“ термити бактериите, обитаващи задни клетки, синтезират тези ензими - просто спекулация преди изследването на Уорнеке. Това произведение го спечели първо авторство на хартия в престижното списание Nature. След това дойде бум на интерес от медиите, заявки за лекции и сега безвъзмездна помощ от 240 000 долара от Института по енергийни биологични науки - новото предприятие на UC Berkeley за производство на биогорива с BP - да прекара следващите две години в допълнително проучване на термитни черва, този път с три различни хранени с трева видове.

Връзката на Уорнеке с термитите има белег на гениална мания. През уикенда разходки из парка Тилдън в хълмовете в Бъркли, Уорнеке пъхва пръчки и шепи мека горска постеля в джобовете си. Той отвежда отломките обратно в апартамента си и го поръсва в терариум, в който живеят няколкостотин термита, които е събрал от дивата природа в Калифорния. Тези насекоми не са за разделяне един от друг, а просто за грижа. "Всъщност не знам с какво да ги храня", каза той, "но мисля, че са щастливи." Уорнеке е послушен уредник на малките; той обслужва малки организми и техните микроскопични вътрешни морета.

В лабораторията Уорнеке помита с ръка купчина сега размразени термитни парченца и ги хвърля в кошче за биологични опасности. Той завърши дегустацията на първия си комплект - петдесет на туба - и отиде да извади свежа колекция от фризера от другата страна на стаята. Насилен е с тях, но привързаността му към термитите е очевидна. Зеленият енергиен потенциал на работата му обаче оставя Уорнеке най-вече невръстен. Той с радост ще обсъжда осъществимостта на биогоривата, но казва, че темите не го оживяват.

Той отвори новата тръба от термити и наля малка купчина върху металния блок. Той ще лети на следващия ден за Европа, за да даде преговори за своята термитна работа на учени, които желаят да бъдат начело на изследванията за разграждане на целулозата. "Хубаво е да имаме приложен аспект и се надявам да е полезен принос", каза Уорнеке, като изглежда малко изморен от всички вълнения. „Но най-напред ме интересуват основната наука, микробното разнообразие и симбиозата“. После взе още един термит и го раздели на две.

Termite Bellies и биогорива