В действительности 17 металлов, которые принадлежат группе редких земель, не редки вообще. Земная кора содержит большие количества редких земель, чем золота или платины, например. Проблема состоит в том, что у элементов есть относительно ровное распределение, так, чтобы горная промышленность была экономична только в нескольких местах.
В живых организмах редкие земли действительно редки, с другой стороны. Поскольку они распадаются едва вообще в воде, большинство организмов не может использовать их для своего метаболизма. Это делает их открытие в mudpot вулканического происхождения в кратере Solfatara в Италии всем более удивительным. Микробиологи из Университета имени святого Радбода в Неймегене, Нидерланды, нашли микроб, который не может жить без некоторых редких земель.
Methylacidiphilum fumariolicum принадлежит группе бактерий, которые выбрали чрезвычайно неприветливую среду обитания: Они процветают лучше всего в значении pH между 2 и 5 и температуры между 50 и 60 градусами – условия, которые смертельны для других организмов. Methylacidiphilum даже терпит значения pH ниже 1, который соответствует сконцентрированной серной кислоте.Микробы производят свою энергию из метана. У них есть специальный фермент, дегидрогеназа метанола, которая обрабатывает метанол, произведенный в разложении метана при помощи металлических кофакторов.
Большинство этих бактерий использует кальций для этого процесса.В ходе их расследований исследователи Неймегена заметили, что Methylacidiphilum процветает только с оригинальной водой от mudpot. Ни один из микроэлементов, которые исследователи добавили к чашкам Петри, не поощрил бактерии расти. Анализ воды показал, что это содержало концентрации редких земель, которые были в сто – одну тысячу раз выше, чем нормальный.
Томас Бэрендс и Андреас Дитль от Института Макса Планка Медицинского Исследования исследовали трехмерную структуру дегидрогеназы метанола. Они, таким образом, заметили, что Methylacidiphilum fumariolicum вставил не кальций, но атом различного металла в его дегидрогеназе метанола.«Внезапно, все совмещается», объясняет Томас Бэрендс. «Мы смогли показать, что этот таинственный атом должен быть редкоземельным элементом.
Это – первый раз когда-либо, что у редких земель, как находили, была такая биологическая функция». Метилэкидифилум использует редкий земной лантан, церий, празеодимий и неодимий в его дегидрогеназе метанола вместо кальция. Бактерии нужны они, чтобы произвести энергию из метана.
Редкие земли имеют немного больший радиус иона, чем кальций, но могут все еще заменить его в качестве кофактора ферментов. «Отдельные аминокислоты были обменены в цепи аминокислоты дегидрогеназы метанола бактерии. Это создает больше комнаты для металлов», говорит Бэрендс. Кроме того, Methylacidiphilum переваривает большее количество редких земель, чем он должен выжить. Поэтому возможно, что это хранит металлы в клетке.
Геном и исследования протеома предполагают, что версия Methylacidiphilum дегидрогеназы метанола широко распространена среди бактерий от прибрежных вод. Ученые также обнаружили эксплуатирующие метан бактерии, снабженные этим на поверхности листа заводов.
Заводы могут обогатить редкие земли и таким образом охранять поставку для бактерий. «Эти бактерии возможно присутствуют где угодно есть достаточная поставка песка, как песок – почти неистощимый источник редких земель», говорит Бэрендс.