Βιολόγοι από το Πανεπιστήμιο των Συρακουσών εξετάζουν τις διαδικασίες που επιτρέπουν στους μικροβιακούς ευκαρυώτες να ευδοκιμήσουν στο σκληρό περιβάλλον μιας γεωθερμικής λίμνης.
Υπολογίζεται ότι η Γη φιλοξενεί περίπου 8,7 εκατομμύρια είδος των ευκαρυωτικών οργανισμών. Οι ευκαρυώτες χαρακτηρίζονται από την παρουσία ενός πυρήνα και άλλων οργανιδίων που συνδέονται με τη μεμβράνη μέσα στα κύτταρά τους. Παρά την κοινή συσχέτιση των ευκαρυωτών με τα ζώα και τα φυτά, αυτές οι μορφές στην πραγματικότητα αποτελούν μόνο δύο από τις έξι κύριες ευκαρυωτικές ομάδες.
Ένα σημαντικό μέρος της ευκαρυωτικής ποικιλότητας αποτελείται από μονοκύτταρους μικροοργανισμούς γνωστούς ως πρωτιστές. Η έρευνα αυτών των οργανισμών επιτρέπει στους επιστήμονες να εξερευνήσουν τα εξελικτικά μονοπάτια που έχουν συμβάλει στην πλούσια ποικιλομορφία και την πολυπλοκότητα της ευκαρυωτικής ζωής. Τέτοιες έρευνες παρέχουν κατανόηση των εξελίξεων, όπως η εμφάνιση της πολυκυτταρικότητας, η οποία επέτρεψε την ύπαρξη ζωικής ζωής στη Γη.
Διαβάστε επίσης: Νέος ιός ανακαλύφθηκε στη βαθύτερη ωκεάνια τάφρο της Γης
Καθώς οι ερευνητές εργάζονται για την καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών πίσω από την εξέλιξη των ειδών στη Γη, παραμένουν ερωτήματα σχετικά με τον τρόπο προσαρμογής των μικροβιακών ευκαρυωτών στα ακραία περιβάλλοντα του πλανήτη. Για να βουτήξουν περαιτέρω σε αυτό το θέμα, οι επιστήμονες στο Τμήμα Βιολογίας του Κολλεγίου Τεχνών και Επιστημών (A&S’) ερευνούν επί του παρόντος πρωτιστές που κατοικούν σε μερικά από τα πιο σκληρά περιβάλλοντα στη Γη: εξαιρετικά θερμές και όξινες γεωθερμικές λίμνες.
Μια ομάδα με επικεφαλής την Angela Oliverio, επίκουρη καθηγήτρια βιολογίας, επέστρεψε πρόσφατα από το ηφαιστειακό εθνικό πάρκο Lassen στην Καλιφόρνια, όπου βρίσκεται η μεγαλύτερη γεωθερμική λίμνη στις ΗΠΑ
«Αυτή η λίμνη είναι μια οξύ-θειικό γεωθερμικό χαρακτηριστικό που θερμαίνεται με ατμό, που σημαίνει ότι είναι και αρκετά ζεστό (~52°C/124°F) και όξινο (pH ~2)», λέει ο Oliverio, ο οποίος ξεκίνησε στο Πανεπιστήμιο των Συρακουσών το 2022. «Αυτό το κάνει πολύ μοναδικό περιβάλλον για τη μελέτη των πολυεξτρεμόφιλων, οι οποίοι είναι οργανισμοί που έχουν προσαρμοστεί σε δύο ή περισσότερες ακραίες συνθήκες – σε αυτή την περίπτωση, υψηλή θερμοκρασία και χαμηλό pH».
Πώς ήξεραν λοιπόν να ταξιδέψουν σε μια καυτή λίμνη στην Καλιφόρνια για να βρουν μικροβιακή ευκαρυωτική ζωή; Σε πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Επικοινωνίες για τη φύση Με συν-συγγραφέα του Oliverio και της Hannah Rappaport, ερευνήτριας στο εργαστήριο του Oliverio, η ομάδα δημιούργησε μια βάση δεδομένων προηγούμενων μελετών που έψαχναν για μικροβιακή ευκαρυωτική ζωή σε ακραία περιβάλλοντα. Συγκεκριμένα, ανέλυσαν ποιες ευκαρυωτικές σειρές ανιχνεύθηκαν πολλές φορές από διαφορετικές μελέτες κάτω από παρόμοιες περιβαλλοντικές συνθήκες.
«Ανακαλύψαμε ότι πολλές σειρές αμοιβάδων ανακτήθηκαν συχνά από περιβάλλοντα εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας», λέει ο Oliverio. «Αυτό υποδηλώνει ότι η μελέτη αυτών των γενεαλογιών μπορεί να δώσει μεγάλη εικόνα για το πώς τα ευκαρυωτικά κύτταρα μπορούν να προσαρμοστούν στη ζωή σε εξαιρετικά ζεστά περιβάλλοντα».
Σύμφωνα με τον Oliverio, μια συγκεκριμένη μελέτη που διεξήχθη από το εργαστήριο του Gordon Wolfe στο Cal State Chico αποκάλυψε μια αμοιβάδα, T. thermoacidophilus, ήταν αρκετά άφθονο στη γεωθερμική λίμνη του Εθνικού Πάρκου Lassen. Ωστόσο, δεν υπάρχουν γονιδιωματικά δεδομένα για αυτόν τον οργανισμό. Ο προσδιορισμός του τρόπου με τον οποίο αυτό το είδος προσαρμόστηκε σε αυτό το ακραίο περιβάλλον θα μπορούσε να διευρύνει την κατανόηση των τύπων περιβαλλόντων στο Σύμπαν που μπορούν να θεωρηθούν κατάλληλα για ζωή.
Το περασμένο καλοκαίρι, ο Oliverio και ο Rappaport ταξίδεψαν στο Εθνικό Πάρκο Lassen για να μάθουν περισσότερα για αυτόν τον συγκεκριμένο πρωταθλητή και να αναζητήσουν άλλους νέους ακραίοφιλους ευκαρυώτες. Στη λίμνη, η ομάδα χρησιμοποίησε ένα μακρύ κοντάρι ζωγράφου που ήταν κολλημένο με ένα μπουκάλι 1 λίτρου για να λάβει δείγματα – δεν είναι εύκολη υπόθεση δεδομένου ότι το νερό είναι πολύ πάνω από 100 βαθμούς θερμόμετρο Φαρενάιτ. Στη συνέχεια, τα μπουκάλια μεταφέρθηκαν πίσω στο εργαστήριο του Oliverio στις Συρακούσες και η ομάδα αυτή τη στιγμή απομονώνει μεμονωμένα κύτταρα για αλληλουχία γονιδιώματος και χαρακτηρισμό των αμοιβάδων με μικροσκοπία.
Ενώ παραμένουν πολλά άγνωστα σχετικά με το πώς οι ευκαρυώτες προσαρμόζονται στην ύπαρξη σε ακραία περιβάλλοντα, ο Oliverio ελπίζει ότι αυτή η έρευνα θα συμβάλει στην κάλυψη ορισμένων από τα τρέχοντα κενά γνώσης.
Εικόνα από αμοιβάδες (κυκλικές γκρι κηλίδες στο βάθος) και κόκκινα φύκια (τέσσερα λευκά οβάλ στο πρώτο πλάνο), που φωτογραφήθηκε από τη Hannah Rappaport χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο φωτός. Αυτά ελήφθησαν δείγματα από μια γεωθερμική λίμνη στο Lassen Volcanic National Park.
«Υποψιαζόμαστε ότι υπάρχει κάτι ιδιαίτερο σχετικά με την αμοιβοειδή μορφή που επιτρέπει την επιμονή σε αυτές τις ευκαρυωτικές γενεαλογίες, αλλά ο μηχανισμός παραμένει άγνωστος», λέει. «Με βάση την έρευνά μας, υποθέτουμε ότι η οριζόντια μεταφορά γονιδίων (μεταφορά γενετικής πληροφορίας μεταξύ οργανισμών) από βακτήρια και η μείωση του γονιδιώματος (όταν ένα γονιδίωμα διαγράφει γονίδια που δεν χρειάζεται), μαζί με την επέκταση ιδιαίτερα χρήσιμων οικογενειών γονιδίων, μπορεί να είναι Λίγοι από τους τρόπους με τους οποίους οι πρωτεργάτες έχουν αποκτήσει την εργαλειοθήκη για να επιβιώσουν σε ακραία περιβάλλοντα».
Ο Oliverio σημειώνει ότι τα ευρήματα της ομάδας σε κλίμακα γονιδιώματος θα συνεισφέρουν σημαντικά δεδομένα που λείπουν στις ανακατασκευές του δέντρου της ζωής. «Αυτό θα βελτιώσει την κατανόησή μας για την κατανομή και την εξέλιξη της ζωής στη Γη».
Αναφορά: «Τα ακραία περιβάλλοντα προσφέρουν μια άνευ προηγουμένου ευκαιρία για την κατανόηση της μικροβιακής ευκαρυωτικής οικολογίας, της εξέλιξης και της βιολογίας του γονιδιώματος» από τους Hannah B. Rappaport και Angela M. Oliverio, 16 Αυγούστου 2023, Επικοινωνίες για τη φύση.
DOI: 10.1038/s41467-023-40657-4
Διαβάστε επίσης:
Εξερευνώντας την προέλευση της ζωής
Απολιθώματα στεροειδών 1,6 δισεκατομμυρίων ετών υπαινίσσονται έναν χαμένο κόσμο μικροβιακής ζωής
