https://frosthead.com

Περσίδες τερμιτών και βιοκαύσιμα

Ο Falk Warnecke κοίταξε μέσα από ένα μεγεθυντικό φακό και τίναξε απαλά σε ένα μικρό σωρό σφάλματα. Ήταν νεκρά-κατεψυγμένα και συσσωρεύτηκαν σε ένα παγωμένο μεταλλικό μπλοκ όπως το καφέ που είχε τοποθετηθεί σε κουτάλι. Με ένα ζευγάρι λεπτότατα λαβίδες, άρπαξε ένα από τα έντομα στη βάση του θώρακα και το έβγαλε από το μπλοκ. Ήταν καφέ, και μάλλον μεγαλύτερη από μια βλεφαρίδα. Με μια δεύτερη λαβίδα, τράβηξε το άκρο της κοιλιάς. Τράβηξε απαλά και το τράβηξε σε δύο. Μια λαμπερή, κοκκινωπή χορδή ολισθαίνει ομαλά από το εξωσκελετό. Ο Γουόρνεκε χαμογέλασε. "Αυτό είναι καλό για τους τερμίτες", είπε με μια παχιά γερμανική προφορά. "Παίρνεις ολόκληρο το έντερο σε ένα κομμάτι."

Ο Warnecke δεν θέλει τα υδραυλικά τερμιτών να σκιστούν και τα περιεχόμενά του να αναμειγνύονται. Είναι το περιεχόμενο που ενδιαφέρει. Το έντερο έχει βολβώδεις θαλάμους που είναι πρησμένοι με τεράστιες ποσότητες μικροβίων που χρησιμοποιούν οι τερμίτες για να διασπάσουν την κυτταρίνη από το ξύλο ή το χόρτο που καταναλώνουν τα έντομα. Όταν δεν ονομάζει τερμίτες "χαριτωμένα μικρά ζώα", αναφέρεται σε αυτά ως "βιολογικούς αντιδραστήρες με τα πόδια" και θεωρεί τους ζουμερούς τους εσωτερικούς χώρους ένα είδος υγρού χρυσού. Προς το παρόν, ενδιαφέρεται μόνο για το μεγαλύτερο βολβό στη χορδή, αυτό που είναι γνωστό ως το τρίτο τμήμα proctodeal, ή, στην επονομαζόμενη μικροβιακή οικολογία, το "hunchgut". Αυτό το διαμέρισμα μεγέθους μικρόλιτρου - πολύ μεγαλύτερο από τα γύρω τμήματα του εντέρου και εύκολα διακριτό με γυμνό μάτι - φιλοξενεί μια ξεχωριστή κοινότητα μικροβίων που πιστεύουν ορισμένοι ότι μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση της ενεργειακής κρίσης.

Ο Warnecke, ερευνητής στο Joint Genome Institute του Υπουργείου Ενέργειας στο Walnut Creek της Καλιφόρνια, έχει δώσει μεγάλη προσοχή πρόσφατα για τη δουλειά του με τους τερμίτες. Τα έντομα είναι αξιοσημείωτα αποτελεσματικά όταν μετατρέπουν την κυτταρίνη σε ζάχαρη - το πρώτο βήμα στην παρασκευή καυσίμων από φυτά, όπως τα δένδρα ή τα λεύκα. Οι επιστήμονες δεν μπορούν να ανταγωνιστούν τους τερμίτες. Μπορούν να σπάσουν τους σκληρούς δεσμούς της κυτταρίνης στο εργαστήριο, αλλά τα ένζυμα που χρησιμοποιούν είναι άγρια, απαγορευτικά δαπανηρά. Εκεί έρχεται ο Warnecke. Η έρευνά του έχει μερικούς ανθρώπους που σαλλιεργούν με την προοπτική να βυθιστούν στο μικροβιακό στιφάδο των τερμιτών και να βγάλουν μερικά ένζυμα που τελικά θα καταστήσουν δυνατή την παραγωγή αιθανόλης από κυτταρίνη σε βιομηχανική κλίμακα.

Βάζοντας στην άκρη τη λαβίδα, ο Warnecke πήρε δύο μακριές βελόνες και έσπρωξε τα άκρα του τερμίτη και το κέρατο. Έβαλε μια σταγόνα ρυθμιστικού διαλύματος στο έντερο για να διατηρήσει την υγρασία του και ακολούθως προχώρησε στην επίθεση του διογκωμένου μαστίγου της ποδοκνημικής φιάλης, πιέζοντας κατ 'επανάληψη τον λαμπερό βολβό μέχρι το περιεχόμενό του να χυθεί έξω και να αναμιχθεί με το ρυθμιστικό για να σχηματιστεί ένας πολτός ενζύμων και θραυσμάτων κυτταρίνης. Με τη πιπέτα του, αναρροφά μερικά από το υγρό "πολτό" και το έβγαλε σε πλαστικό σωλήνα. Ελπίζει να εντοπίσει τα ένζυμα που αποικοδομούν την κυτταρίνη στον πολτό, αλλά πρέπει πρώτα να καταλάβει ποια βακτηρίδια που τα κατοικούν στο έντερο και ποια πραγματικά δουλεύουν στην πέψη κυτταρίνης.

Τα πρωινά τα πρωινά, όταν ο καιρός είναι καλός, τα ποδήλατα Warnecke στο τρένο BART και το παίρνουν από το Μπέρκλεϊ μέσα από τους λόφους στο πολυτελές προάστιο του Walnut Creek. Στον σιδηροδρομικό σταθμό γυρίζει πίσω στη μοτοσικλέτα του και πετάει μερικά μίλια από τα παλαιά λεωφορεία και τα βενζινάδικα στην καταπράσινη πανεπιστημιούπολη του Joint Genome Institute. Το DOE άνοιξε το ίδρυμα το 1997 για να αποτελέσει το κέντρο του έργου του Ανθρώπινου Γονιδιώματος, το οποίο αποκρυπτογράφησε την αλληλουχία των ζευγών βάσεων στο DNA μας. Το έργο ολοκληρώθηκε το 2003, αλλά το JGI παραμένει ένας παγκόσμιος κόμβος για την ανάλυση αλληλουχιών και χαρτογράφησης γονιδιώματος. Μέσα από τον διακλαδισμένο λαβύρινθο των κτιρίων εργαστηρίων και γραφείων, περίπου εκατό μηχανήματα ακολουθίας μεγέθους πλυντηρίων ρούχων κοιμούνται, αναμένοντας δείγματα DNA και RNA που αποστέλλονται εδώ για ανάλυση από επιστήμονες σε όλο τον κόσμο.

Ο Warnecke, ο οποίος κέρδισε το διδακτορικό του στο Ινστιτούτο Θαλάσσιας Μικροβιολογίας του Max Planck στη Βρέμη της Γερμανίας, έχει αποκτήσει ακόμα πιο σπάνια εμπειρία στο Walnut Creek. Είναι μέλος μιας μικρής ομάδας μικροβιολόγων που έχουν αφήσει τις πλάκες άγαρ τους για ένα σχετικά νέο πεδίο γνωστό ως metagenomics, το οποίο περιλαμβάνει την ανάλυση του DNA απευθείας από περιβαλλοντικά δείγματα, όπως τα έντερα τερμιτών ή μια κουταλιά επιφανειακών υδάτων ωκεανού, αντί των καλλιεργούμενων κυττάρων.

Ο ερευνητής του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, Falk Warnecke, μελετά τερμίτες με την ελπίδα να βοηθήσει στην επίλυση της ενεργειακής κρίσης (Julia Olmstead) Η πέψη τερμιτών του ξυλοπολτού αποτελεί αντικείμενο έρευνας για πιθανά νέα βιοκαύσιμα (iStockphoto)

"Οι μικροβιολόγοι πιθανώς πάντα υποψιαζόταν ότι έλειπαν κάποια ποικιλία", δήλωσε ο Warnecke. Στις πρώτες ημέρες της αλληλουχίας του γονιδιώματος, οι επιστήμονες αναπτύσσονταν έναν μόνο τύπο μικροοργανισμού κάθε φορά, έπειτα εκχυλίζονταν και αλληλουχιούσαν το DNA από αυτά τα κύτταρα. Σε αυτούς, το πιπίλισμα μιας τυχαίας συλλογής μικροβίων απευθείας από την κοιλιά ενός τερμίτη και ελπίζοντας να ακολουθήσει και να ταξινομήσει το γενετικό υλικό κάθε γενετικού υλικού θα ήταν φαινομενικά ανόητο, αν όχι αδύνατο.

Ο Warnecke, ο οποίος στις 35 ετών μοιάζει με τον νεαρό Βλαντιμίρ Πούτιν, θεωρεί τον εαυτό του εξερευνητή στον εργαστηριακό πάγκο. Αυτό που τρυπώνει τις τρίχες στο πίσω μέρος του λαιμού του είναι η αναζήτηση νέων ενζύμων - μια χαρτογράφηση νέων και πολύ μικρών περιοχών. "Είναι σαν να είσαι ο πρώτος που βλέπεις πεταλούδες", λέει.

Μεταφέροντας το σκαμνί του στο εργαστήριο, ο Warnecke άρχισε να εγκατασταθεί στη διαδικασία που θα περάσει το υπόλοιπο της ημέρας φινίρισμα. Αναθεώρησε τα γυαλιά ασφαλείας και τα γάντια από λάτεξ, πήρε έναν άλλο τερμίτη και άρχισε ξανά τη διαδικασία αφαίρεσης. Αυτός ο τερμίτης, ένας Nasutitermes corniger, ήταν καφετής όπως οι άλλοι και είχε μια γυαλιστερή, ραβδωτή κοιλιά. Το γυμνό κεφάλι του, χωρίς μάτια, είχε δύο δαγκάνες που έβγαιναν από την κορυφή. Οι τερμίτες στο γένος Nasutitermes τρέφονται με ξηρό νεκρό ξύλο. Αυτός, πριν καταψυχθεί και μεταφερθεί εδώ από τη Φλώριδα, ήταν εργαζόμενος, μέλος της κασέτας που χρεώθηκε, εν μέρει, με την εύρεση και επεξεργασία κυτταρίνης για να τροφοδοτήσει τους στρατιώτες της φωλιάς και τα αναπαραγωγικά δικαιώματα.

Το Nasutitermes είναι ένα γένος κοντά στην καρδιά του Warnecke. Μια μεταγονιδιωματική μελέτη που έκανε με το γένος το 2007 αποκάλυψε μια νέα συλλογή πληροφοριών για το τι συμβαίνει μέσα στις κοιλιές των εντόμων. Όχι μόνο αυτός και οι συνάδελφοί του ανακάλυψαν προηγουμένως άγνωστα ένζυμα, αλλά επιβεβαίωσαν επίσης ότι στην τάξη των αποκαλούμενων «ανώτερων» τερμιτών, τα βακτήρια που κατοικούν στο πίσω μέρος συνθέτουν αυτά τα ένζυμα - απλώς μια εικασία πριν από τη μελέτη του Warnecke. Αυτό το έργο του συνέλαβε το πρώτο συγγραφικό του έργο σε ένα χαρτί στο έγκριτο περιοδικό Nature. Μετά από αυτό έρχεται μια αναταραχή του ενδιαφέροντος των μέσων ενημέρωσης, αιτήματα διαλέξεων και τώρα μια επιχορήγηση ύψους 240.000 δολαρίων από το εργοστάσιο βιοκαυσίμων της UC Berkeley με την BP, για να περάσουν τα επόμενα δύο χρόνια περαιτέρω εξερεύνηση εντόμων τερμιτών, αυτή τη φορά με τρεις διαφορετικές χορτονομές είδος.

Η σχέση του Warnecke με τους τερμίτες έχει το σημάδι μιας ευφυούς εμμονής. Το Σαββατοκύριακο περπατά μέσω του πάρκου Tilden στους λόφους του Berkeley, ο Warnecke γλιστράει μπαστούνια και χούφτα απαλά απορρίματα δασών στις τσέπες του. Παίρνει τα θραύσματα πίσω στο διαμέρισμά του και το πασπαλίζει σε ένα terrarium, το σπίτι για μερικές εκατοντάδες τερμίτες που συλλέγονται από την Καλιφόρνια άγρια. Αυτά τα έντομα δεν είναι για χωρισμό, αλλά απλά για να φροντίσουν. "Δεν ξέρω τι να τα ταΐζω", είπε, "αλλά νομίζω ότι είναι ευτυχισμένοι". Ο Warnecke είναι ένας επιτηδευμένος επιμελητής του μικροσκοπικού. εξυπηρετεί τους μικρούς οργανισμούς και τις μικροσκοπικές εσωτερικές θάλασσές τους.

Στο εργαστήριο, ο Warnecke σάρωσε με το χέρι του ένα σωρό από τώρα αποψυγμένα τερμίτη κομμάτια και τα έριξε σε κάδο βιολογικού κινδύνου. Είχε τελειώσει το πρώτο του σετ - πενήντα ανά σωλήνα - και πήγε να ανακτήσει μια νέα συλλογή από την κατάψυξη στην άλλη πλευρά του δωματίου. Είναι βίαιος μαζί τους, αλλά η αγάπη του για τους τερμίτες είναι προφανής. Το δυναμικό πράσινης ενεργειακής του δουλειάς, ωστόσο, αφήνει τον Warnecke ως επί το πλείστον ακίνητο. Θα συζητήσει ευτυχώς τη βιωσιμότητα των βιοκαυσίμων, αλλά λέει ότι τα θέματα δεν τον ζωντανεύουν.

Άνοιξε το νέο σωλήνα των τερμιτών και έριξε ένα μικρό σωρό πάνω στο μεταλλικό μπλοκ. Θα πετάξει την επόμενη μέρα στην Ευρώπη για να δώσει έναν γύρο συνομιλιών για το τερμίτη έργο του σε ακαδημαϊκούς που είναι πρόθυμοι να είναι στην πρώτη γραμμή της έρευνας κυτταρίνης-υποβάθμισης. "Είναι ωραίο να έχουμε μια εφαρμοσμένη πτυχή και ελπίζω ότι θα είναι χρήσιμη συμβολή", δήλωσε ο Warnecke, φαινομενικά κουρασμένος από όλο τον ενθουσιασμό. «Αλλά πρώτα απ 'όλα ενδιαφέρομαι για τη βασική επιστήμη, τη μικροβιακή ποικιλομορφία και την συμβίωση». Στη συνέχεια, πήρε έναν άλλο τερμίτη και το χωρίστηκε σε δύο.

Περσίδες τερμιτών και βιοκαύσιμα