Naše rastúce chápanie extrémofilov tu na Zemi otvorilo nové možnosti v astrobiológii. Vedci sa znova pozerajú na svety chudobné na zdroje, ktoré sa javili, akoby nikdy nemohli podporovať život. Jeden tím vedcov študuje v Mexiku oblasť chudobnú na živiny, aby sa pokúsil pochopiť, ako sa organizmy darí v náročných prostrediach.
Vedci pracovali v mexickom regióne zvanom Cuatro Ciénegas Basin. Asi pred 43 miliónmi rokov bolo povodie plytkým morom, až kým sa izolovalo od Mexického zálivu. Je to výrazný región, pretože je živý ako chudobný a je domovom vodných mikroorganizmov so starodávnym pôvodom.
Hlavným autorom novej štúdie je Jordan Okei zo Školy zemského a vesmírneho výskumu Arizonskej štátnej univerzity. Názov štúdie je „Genomické adaptácie v spracovaní informácií sú základom trofickej stratégie v experimente zameranom na obohatenie živín v celom ekosystéme.“ Publikuje sa v časopise eLIFE.
Štúdia sa zameriava na genóm organizmu a jeho základné aspekty, ako je veľkosť organizmu, spôsob, akým kóduje informácie a hustota informácií. Vedci skúmali, ako tieto vlastnosti umožňujú organizmu prosperovať v extrémnom prostredí, ako je prostredie v povodí Cuatro Ciénegas. Povodie je v niektorých ohľadoch analógom pre ranú Zem alebo staroveký mokrý Mars.
"Táto oblasť je z hľadiska výživy taká chudobná, že v mnohých jej ekosystémoch dominujú mikróby a môžu mať podobnosť s ekosystémami zo skorej Zeme, ako aj s predchádzajúcimi vlhšími prostrediami na Marse, ktoré mohli podporovať život," uviedol hlavný autor Okie.
Organizácia organizmu stojí náklady a organizmy robia pri obchodovaní veľa kompromisov. Tieto kompromisy ovplyvňujú účinnosť spracovania biochemických informácií organizmu. Organizmus, ktorý sa prispôsobil a vyvinul v prostredí chudobnom na živiny, možno „neinvestoval“ do schopnosti použiť veľké množstvo zdrojov na replikáciu.
To bola hypotéza tímu a oni vymysleli experimenty, aby ju preskúmali.
Docent Christopher Dupont z Inštitútu J. Craiga Ventera je hlavným autorom tejto štúdie. V tlačovej správe Dupont uviedol: „Predpokladali sme, že mikroorganizmy nachádzajúce sa v oligotrofných prostrediach (s nízkym obsahom živín) by sa nevyhnutne spoliehali na stratégie s nízkymi zdrojmi na replikáciu DNA, transkripciu RNA a transláciu proteínu. Naopak, kopiotrofické prostredie (s vysokým obsahom živín) uprednostňuje stratégie náročné na zdroje. “
Experiment zahŕňal nastavenie tzv. Mezokozmov, miniatúrnych ekosystémov. Do organizmov bolo potom privádzané zvýšené množstvo hnojiva obsahujúceho dusík a fosfor. Tieto prvky urýchlili zvýšený rast mikroorganizmov vo vnútri mezokozmov. Na konci experimentu skúmali, ako spoločenstvo organizmov reagovalo na zvýšené množstvo živín v porovnaní s kontrolnými skupinami.
Vo svojej štúdii sa autori zamerali na štyri črty, ktoré riadia schopnosť organizmov spracovať biologické informácie vo svojich bunkách:
- Mnohonásobnosť génov nevyhnutných pre biosyntézu proteínov: Kopiotrofy alebo organizmy prispôsobené prostrediam bohatým na živiny by mali mať vyšší počet génov, ktoré prispievajú k vyššej miere rastu. Existuje však kompromis: v prostrediach chudobných na výživu sú v nevýhode a ich vyššia miera replikácie by mohla viesť k zníženiu efektívnosti ich rastu.
- Veľkosť genómu: Organizmus s menším genómom potrebuje na replikáciu menej zdrojov a má menšiu veľkosť bunky. Tieto organizmy dokážu rýchlejšie reagovať na podmienky chudobné na živiny po relatívnom množstve živín.
- Obsah guanínu a cytozínu: Guanín a cytozín sú nukleotidové bázy. Vedci si nie sú celkom istí dôvodom, ale organizmy s vysokou hladinou GC vo svojom genóme pravdepodobne pôsobia lepšie v prostrediach bohatých na zdroje, možno preto, lebo produkcia GC je drahšia. Organizmy s nižším obsahom GC teda môžu v prostrediach s nedostatkom zdrojov fungovať lepšie.
- Predpojatosť použitia kodónu: Kodóny sú sekvencie nukleotidových tripletov DNA alebo RNA. Kodóny určujú, ktorá aminokyselina sa má pridať počas syntézy proteínov. Aminokyselinu môže kódovať viacero rôznych kodónov, ale v prostredí bohatom na živiny by sa kodóny, ktoré používajú zdroje rýchlejšie, mali skresliť oproti svojim náprotivkom.
Táto štúdia je iná, pretože sa zameriava na všetky štyri z týchto čŕt, zatiaľ čo predchádzajúce štúdie sa zameriavali iba na jednu alebo dve z nich. Táto štúdia sa zameriava aj na to, ako tieto vlastnosti fungujú v komunite, zatiaľ čo predchádzajúce štúdie si zvolili odlišné prístupy. Ako sa uvádza v článku, „Naša štúdia je pozoruhodná ako jeden z prvých experimentov s celkovým ekosystémom, ktoré sa majú zapojiťna úrovni experimentu metagenomické hodnotenie reakcie komunity. “
„Táto štúdia je jedinečná a výkonná, pretože vychádza z ekologických štúdií veľkých organizmov a aplikuje ich na mikrobiálne spoločenstvá v rámci celého ekosystémového experimentu.“
Vedúci autor Jim Elser, ASU School of Life Sciences
Pokus trval 32 dní a uskutočnil sa v jazere Lagunita v povodí Cuatro Ciénegas. Počas tohto obdobia vedci vykonávali terénne monitorovanie, odber vzoriek a rutinnú chémiu vody.
Výsledky boli v súlade s hypotézou: v mezokozmoch dominovali organizmy s väčšou schopnosťou replikovať zvýšené množstvá živín. Kontrolným skupinám dominovali druhy, ktoré mohli spracovávať biologické informácie za znížené náklady.
„Táto štúdia je jedinečná a výkonná, pretože vychádza z ekologických štúdií veľkých organizmov a aplikuje ich na mikrobiálne spoločenstvá v rámci celého ekosystémového experimentu,“ uviedol hlavný autor Jim Elser zo Školy životných vied ASU. „Týmto spôsobom sme mohli, možno prvýkrát, zistiť a potvrdiť, že so systematickými mikrobiálnymi odpoveďami na stav živín v ekosystéme sú spojené základné genomálne vlastnosti, bez ohľadu na druhovú identitu týchto mikróbov.“
Výsledky tejto štúdie nám hovoria o tom, ako môže život fungovať v extrémnych a / alebo chudobných prostrediach v iných svetoch. Kdekoľvek sa organizmus nachádza, musí mať dokonale vyladené schopnosti spracovania biologických informácií, ktoré môžu využívať kľúčové zdroje v ich prostredí. A prostredie, v ktorom sa nachádzajú, určí, čo to je.
„Je to veľmi vzrušujúce, pretože naznačuje, že existujú pravidlá života, ktoré by sa mali všeobecne vzťahovať na život na Zemi i mimo neho,“ povedal Okie.
Viac:
- Tlačová správa: Pravidlá života: Od rybníka k ďalšiemu
- Výskumná práca: Genomické adaptácie v spracovaní informácií podporujú trofickú stratégiu v experimente s obohatením živín v celom ekosystéme
- Súvisiaci výskum: Zhromaždenie bakteriálnych spoločenstiev založené skôr na funkčných génoch ako na druhoch
