Нашето нарастващо разбиране за екстремофилите тук на Земята отвори нови възможности в астробиологията. Учените поглеждат друг свят на бедни на ресурси светове, които се появяват, сякаш никога не биха могли да поддържат живота. Един екип от изследователи изучава регион, който е беден на хранителни вещества в Мексико, за да се опита да разбере как организмите процъфтяват в трудна среда.
Изследователите са работили в район на Мексико, наречен басейн Cuatro Ciénegas. Преди около 43 милиона години басейнът беше плитко море, докато не се изолира от Мексиканския залив. Това е отличителен регион, тъй като е и беден на хранителни вещества, и дом на водни микроби с древно потекло.
Водещият автор на новото изследване е Джордан Окей от Училището за изследване на Земята и Космоса на Държавния университет в Аризона. Заглавието на изследването е „Геномните адаптации при обработката на информация са в основата на трофичната стратегия в експеримента за обогатяване на хранителни вещества в цялата екосистема.“ Публикувано е в списание eLIFE.
Изследването се фокусира върху генома на организма и неговите основни аспекти като размера на организма, начина, по който кодира информация и плътността на информацията. Изследователите изследвали как тези характеристики позволяват на организма да процъфтява в екстремна среда, като тази в басейна на Cuatro Ciénegas. По някакъв начин басейнът е аналог на ранния Земя, или древен, мокър Марс.
„Тази зона е толкова бедна на хранителни вещества, че много от нейните екосистеми са доминирани от микроби и може да имат сходства с екосистемите от ранна Земя, както и с минали по-влажни среди на Марс, които може да са подкрепили живота“, казва водещият автор Okie.
Всичко, което организмът прави, струва скъпо и организмите правят много компромиси, когато стартират бизнеса си. Тези компромиси влияят върху ефективността на биохимичната обработка на биологична информация. Организъм, който се е адаптирал и еволюирал в среда с бедни на хранителни вещества, може да не е „инвестирал“ в способността да използва големи количества ресурси, за да се възпроизведе.
Това беше хипотезата на екипа и те разработиха експерименти, за да го проучат.
Доцент Кристофър Дюпон от Института „Дж. Крейг Вентър“ е старши автор на това проучване. В прессъобщение Дюпонт казва: „Хипотезирахме, че микроорганизмите, намиращи се в олиготрофна среда с ниско съдържание на хранителни вещества, биха били необходими, за да разчитат на нискоресурсни стратегии за репликация на ДНК, транскрипция на РНК и транслация на протеин. И обратно, копиотрофната (с високо съдържание на хранителни вещества) благоприятства стратегиите, изискващи големи ресурси. “
Експериментът включваше създаването на миниатюрни екосистеми, наречени „мезокосми“. След това организмите се хранят с повишени нива на тор, съдържащ азот и фосфор. Тези елементи стимулираха увеличения растеж на микроорганизмите вътре в мезокосмите. В края на експеримента те изгледаха как общността на организмите реагира на повишените хранителни вещества в сравнение с контролните групи.
В своето проучване авторите се фокусират върху четири черти, които управляват способността на организмите да обработват биологична информация в своите клетки:
- Множество гени от съществено значение за биосинтезата на протеини: Копиотрофите или организмите, адаптирани към богата на хранителни вещества среда, трябва да имат по-голям брой гени, които допринасят за по-големи темпове на растеж. Но има компромис: те са в неизгодно положение в среда с бедни на хранителни вещества и по-високите им проценти на репликация могат да доведат до намаляване на тяхната ефективност на растеж.
- Размер на генома: Организмът с по-малък геном се нуждае от по-малко ресурси за репликация и има по-малък размер на клетката. Тези организми могат да реагират по-бързо на бедни на хранителни вещества условия след относително изобилие от хранителни вещества.
- Съдържание на гуанин и цитозин: Гуанинът и цитозинът са нуклеотидни основи. Учените не са точно сигурни защо, но организмите с високи нива на GC в своя геном вероятно се справят по-добре в богата на ресурси среда, може би защото GC са „по-скъпи“ за производство. Така организмите с по-ниско съдържание на GC могат да се справят по-добре в среда с бедни ресурси.
- Пристрастия за използване на кодон: Кодоните са последователности на триплети от нуклеотиди на ДНК или РНК. Кодоните посочват коя аминокиселина да добавите следващата по време на синтеза на протеини. Множество различни кодони могат да кодират аминокиселина, но в среда, богата на хранителни вещества, кодоните, които използват ресурси по-бързо, трябва да бъдат предубедени спрямо своите колеги.
Това изследване е различно, тъй като разглежда всички четири от тези черти, докато предишните проучвания са фокусирани само върху една или две от тях. Това проучване разглежда също как работят тези черти в общността, докато предишните проучвания използват различни подходи. Както се казва в доклада им, „Нашето изследване е забележително като един от първите експерименти с цялата екосистема, които се включватниво на експеримента се репликира метагеномични оценки на реакцията на общността. "
„Това проучване е уникално и мощно, защото взема идеи от екологичното проучване на големи организми и ги прилага към микробните общности в експеримент с цялата екосистема.“
Старши автор Джим Елзър, ASU School of Science Sciences
Експериментът продължи 32 дни и се проведе в езерото Лагунита в басейна на Cuatro Ciénegas. През това време изследователите провеждат теренно наблюдение, вземане на проби и рутинна водна химия.
Резултатите бяха в съответствие с хипотезата: мезокосмите станаха доминирани от организми с по-голям капацитет да използват повишените хранителни вещества в репликацията. Контролните групи бяха доминирани от видове, които могат да обработват биологична информация на по-ниски разходи.
„Това проучване е уникално и мощно, тъй като взема идеи от екологичното проучване на големи организми и ги прилага към микробните общности в експеримент с цялостна екосистема“, казва старши автор Джим Елзър от ASU’s School of Science Sciences. „По този начин успяхме, за първи път, да идентифицираме и потвърдим, че има основни геномични черти, свързани със систематични реакции на микробите към състоянието на хранителните вещества в екосистемата, без да се отчита видовата идентичност на тези микроби.“
Резултатите от това проучване ни казват нещо за това как животът може да функционира в екстремни и / или бедни на хранителни вещества условия в други светове. Където и да е организъм, той трябва да има фино настроени възможности за обработка на биологична информация, които могат да се възползват от ключовите ресурси в тяхната среда. И средата, в която се озовават, ще определи кои са тези.
„Това е много вълнуващо, тъй като предполага, че има правила на живота, които трябва да бъдат общоприложими за живота на Земята и извън нея,“ каза Оки.
Повече ▼:
- Прессъобщение: Правила на живота: От езерце до отвъдното
- Документ за изследване: Геномните адаптации при обработката на информация са в основата на трофичната стратегия в експеримент за обогатяване на хранителни вещества в цялата екосистема
- Асоциирани изследвания: Сбор на бактериални общности, базиран на функционални гени, а не видове
