Világhírű magyar eredmények születtek mágneses baktériumokról

Magyar kutató eredményei segíthetnek számos, mágneses nanoásványokat tartalmazó élőlényekkel kapcsolatos, eddig nyitott kérdés megválaszolásában. Pósfai Mihály akadémikus, a Pannon Egyetem kutatója mintegy természetes laboratóriumként baktériumokat vizsgál a pontos mágneses tulajdonságok megállapítására. A kutató eredményeit a Budapesten megrendezett 20. Ásványtani Világkonferencián mutatta be.

Fejlett analitikai módszerek, egyedi ötletek, több tudományterület kiváló művelői közötti összefogás... Csak néhány dolog azok közül, amelyek szükségesek voltak a jelentős eredmény eléréséhez. Pósfai Mihály, a Pannon Egyetem geológusa, a kutatás vezetője munkájával rámutat arra, hogy a geológia és a biológia nem is áll olyan távol egymástól. A magyar kutató mágneses, nano mérettartományba sorolható ásványok vizsgálatával foglalkozik, melyeket baktériumok választottak ki.

A kutatás egyik legfőbb eredménye, hogy az úgynevezett elektronholográfia módszerét brit és dán szakemberekkel együttműködve az ásványtanban is meghonosították. A transzmissziós elektronmikroszkópos elektronholográfiát Gábor Dénes írta le 1947-ben, találmányáért Nobel-díjat is kapott. A gyakorlatban az 1990-es évektől alkalmazzák, lényege, hogy a vizsgálat során nemcsak a mintán áthaladt elektronsugár intenzitását, hanem annak fázisát is rögzítik. Ez lehetővé teszi az anyag mágneses tulajdonságainak mennyiségi vizsgálatát, s ezt sikerült most leírniuk a kutatóknak a nanométeres kristályok esetében. Ennek ismerete alapvető fontosságú a következő lépések megtételéhez, vagyis annak megértéséhez, hogy milyen szerepe van a mágneses ásványoknak az élő szervezetekben, és hogyan tudnak a komplexebb élőlények a Föld mágneses terében tájékozódni.

Számos élőlény szervezetében találhatóak mágneses ásványok (magnetit (Fe3O4) és greigit (Fe3S4)), de a mágneses baktériumok kivételével (amelyek tájékozódásra használják azokat) általában nem ismert, hogy mi ezen kristályos vegyületek kiválasztásának célja. Ez és ehhez hasonló nyitott kérdések vezették Pósfai Mihályt a több tudomány határterületén végzett kutatások elkezdésére. Első lépésként azt kellett meghatározni, hogy mi a különlegesség ezen ásványokban, és a munka legnagyobb eredménye éppen ez: "Elektronholográfiával le tudjuk írni a nanométeres mérettartományba tartozó kristályok mágneses tulajdonságait, és a biogén mágneseket a korábbinál pontosabban tudjuk jellemezni" - mondta az [origo]-nak a kutató. Az eredmények alapján a kristályok mágnesezettsége, mérete, alakja, orientációja és a kristályok alkotta láncok felépítése is meghatározható volt, valamint azt is be tudták mutatni, hogy az adott sejtek képesek-e a földi mágneses térre reagálni.

Mágneses ásványok élőlényekben

A baktériumok számára azért fontos a mágnesség, mert ennek segítségével tudnak tájékozódni a Föld mágneses terében. Ezt a képességet arra használják, hogy a vizekben és üledékekben könnyebben megtalálják a "le" és "fel" irányt, és így gyorsabban jussanak el a számukra kedvező oxigénkoncentrációjú környezetbe.

Mára már közismertté vált, hogy a galambok csőrében is találhatóak mágneses ásványok, amelyek iránytűként működnek, de több más madár is a mágnesség segítségével tájékozódik. A vörösbegy esetében például már az 1960-as években felfedezték, hogy a Föld mágneses terét használja navigálásra, de a "hogyan?" kérdésre adható válasz csak nemrégiben született meg: a madár jobb szemével érzékeli a földi mágneses teret, de ebben az esetben nem mágneses ásványokat, hanem olyan kémiai reakciókat használ, amelyek sebessége a mágneses tér irányától függ.

Érdekesség, hogy az emberi agyban is találtak már (patológiai esetekben) magnetitet, ami Pósfai Mihály szerint Parkinson- és Alzheimer-kór következtében rakódott le.

Az eredmények a továbbiakban hozzájárulhatnak ahhoz, hogy meghatározzák, a mágneses ásványokat tartalmazó élőlények mire használják a nanokristályokat, vagy éppen megismerjék, hogyan képes egy baktérium olyan kristályt létrehozni, amely különleges, szabályozott tulajdonságokkal rendelkezik. Ehhez először jellemezni kell az ásványt, hogy mi a különlegesség benne, és ebben rejlik a mostani kutatás jelentősége. Ezután jöhet annak a vizsgálata, hogyan csinálja mindezt a baktérium, mondta Pósfai.

A képen egy mágneses baktérium sejt látható. A mágneses kristályok egy rendezett láncot alkotnak a sejt hossztengelye mentén. A kristályok mindegyike egy-egy állandó mágnes. A kristályfüzér ezáltal egy iránytűnek tekinthető, amely -az egész sejttel együtt- a Föld mágneses terével párhuzamos irányba áll be. A biológiai szabályozás következtében a kristályok különleges alakúak, mások, mint a kőzetekben előforduló magnetit-kristályok

További izgalmas kérdés, hogy a kutatás eredményei miképpen hatnak vissza a geológiára. "A mágneses részecskék az élőlények elpusztulása után bekerülnek az üledékbe, ami az üledék paleomágneses vizsgálata során fontos. Visszatérő kérdés lehet, hogy a mágneses baktériumokból származnak vagy máshonnan valók ezek a kristályok? Illetve melyek azok a feltételek, amelyek teljesülése esetén azt lehet mondani, hogy baktériumokban képződtek?" - mondta a kutató.

Magnetoszómák a Marsról?

A mágneses baktériumok a Földön kívüli élet kutatása szempontjából is érdekesek. Az ALH 84001 jelű marsi meteoritban ugyanis több olyan magnetit kristályláncot találtak, amelyek a földi baktériumok által termelt kristályokra emlékeztettek. Ezeket a meteoritban nagyjából azonos szélességű, egy irányba elnyúlt, nagy tisztaságú és közel hibátlan szerkezetű kristályok alkotják. Ezek a kristályláncok a kőzetben lévő apró karbonát gömbökben mutatkoztak, utóbbiak folyékony vizes közegben váltak ki a bolygón.

Elméletileg lehetséges, hogy ősi, a földi mágneses baktériumokhoz részben hasonló élőlényekből maradtak vissza a kristályláncok. Ezek a vörös bolygó fejlődésének korai szakaszában alakulhattak ki, és az akkor még aktív marsi mágneses teret használhatták tájékozódásra, földi társaikhoz hasonlóan. A meteoritban talált egyéb nyomok (szerves anyagok, fosszíliákra emlékeztető alakzatok, vizes közegben képződött nem egyensúlyi ásványtársulások) együttes jelenléte alapján egyes szakemberek elképzelhetőnek tartják, hogy az ősi marsi élet nyomát őrzik - de egyelőre még nincs végső válasz.

Ásványtan és biológia

Pósfai elmondta: "Nagyon fontos, hogy meglegyen az együttműködés azokkal a laboratóriumokkal, ahol a baktériumok tenyésztésével, genomikájával kapcsolatos biológiai kutatásokat meg tudják csinálni. Az ásványtani jellegű kutatás azokra a kérdésekre adhat választ, amelyek a mágneses érzékelésben szerepet játszó összetett rendszereknek a szervetlen komponenseire vonatkoznak. Fontos az együttműködés, mert én nem tudom azokat a kísérleteket megcsinálni a baktériummal, amit a mikrobiológusok, ők viszont azért küldik nekünk a mintát, mert nem értenek úgy a kristályos anyaghoz, mint mi. Ebben van szerepe a mineralógusi szemléletnek. Mi a műszeres kutatásokhoz és a kristályokhoz értünk."

A magyar szakember munkája is rámutat arra a tényre, ami igen jól látszik az augusztus végén Budapesten megrendezett 20. Ásványtani Világkongresszus programjában: az ásványtan mára már nem csupán leíró jellegű tudomány, mint volt még a XIX. században, hanem számos érdekes, ígéretes kutatás zajlik a határterületeken.

Kiss Gabriella, Pandur Krisztina