Naše rostoucí chápání extremofilů zde na Zemi otevřelo nové možnosti v astrobiologii. Vědci se znovu dívají na světy chudé na zdroje, které vypadaly, jako by nikdy nemohly podporovat život. Jeden tým vědců studuje v Mexiku oblast chudou na živiny, aby se pokusil pochopit, jak se organismy daří v náročných prostředích.
Vědci pracovali v mexickém regionu zvaném Cuatro Ciénegas Basin. Asi před 43 miliony let bylo povodí mělkým mořem, až se izolovalo od Mexického zálivu. Je to výrazná oblast, protože je jak živina chudá, tak domov pro vodní mikroby se starými předky.
Hlavním autorem nové studie je Jordan Okei ze školy Země a vesmírného výzkumu Arizonské státní univerzity. Název studie je „Genomické adaptace ve zpracování informací podporují trofickou strategii v experimentu s obohacením živin v celém ekosystému.“ Je publikován v časopise eLIFE.
Studie se zaměřuje na genom organismu a jeho základní aspekty, jako je velikost organismu, způsob, jakým kóduje informace a hustota informací. Vědci studovali, jak tyto vlastnosti umožňují organismu prospívat v extrémním prostředí, jako je tomu v Cuatro Ciénegas Basin. V některých ohledech je mísa analogem pro ranou Zemi nebo starověký, mokrý Mars.
"Tato oblast je tak chudá na živiny, že v mnoha jejích ekosystémech dominují mikroby a mohou mít podobnost s ekosystémy od rané Země, stejně jako s minulými vlhčími prostředími na Marsu, která možná podporovala život," řekl hlavní autor Okie.
Organizace organizmu stojí náklady a organizmy během svého podnikání dělají mnoho kompromisů. Tyto kompromisy ovlivňují účinnost zpracování biochemických informací organismu. Organismus, který se přizpůsobil a vyvinul v prostředí chudém na živiny, možná „investoval“ do schopnosti použít velké množství zdrojů k replikaci.
To byla hypotéza týmu a oni vymysleli experimenty, aby to prozkoumali.
Docent Christopher Dupont z Institutu J. Craiga Ventera je hlavním autorem této studie. V tiskové zprávě Dupont uvedl: „Předpokládali jsme, že mikroorganismy, které se nacházejí v oligotrofních prostředích (s nízkým obsahem živin), by se nezbytně musely spoléhat na strategie s nízkými zdroji pro replikaci DNA, transkripci RNA a translaci proteinu. Naopak, kopiotrofické (vysoce výživné) prostředí upřednostňuje strategie náročné na zdroje. “
Experiment zahrnoval nastavení tzv. Mezokosmů, miniaturních ekosystémů. Do organismů bylo poté přiváděno zvýšené množství hnojiva obsahujícího dusík a fosfor. Tyto prvky vyvolaly zvýšený růst mikroorganismů uvnitř mezokosmů. Na konci experimentu se podívali, jak komunita organismů reagovala na zvýšené množství živin ve srovnání s kontrolními skupinami.
Ve své studii se autoři zaměřili na čtyři rysy, které řídí schopnost organismů zpracovávat biologické informace ve svých buňkách:
- Mnohonásobnost genů nezbytných pro biosyntézu proteinů: Kopiotrofy nebo organismy přizpůsobené prostředím bohatým na živiny by měly mít vyšší počet genů, které přispívají k vyšší rychlosti růstu. Existuje však kompromis: v prostředích chudých na živiny jsou v nevýhodě a jejich vyšší míra replikace by mohla nakonec snížit účinnost jejich růstu.
- Velikost genomu: Organismus s menším genomem potřebuje k replikaci méně zdrojů a má menší velikost buněk. Tyto organismy mohou rychleji reagovat na podmínky chudé na živiny po době relativní hojnosti živin.
- Obsah guaninu a cytosinu: Guanin a cytosin jsou nukleotidové báze. Vědci si nejsou zcela jisti proč, ale organismy s vysokou hladinou GC v jejich genomu pravděpodobně fungují lépe v prostředích bohatých na zdroje, možná proto, že produkce GC je mnohem nákladnější. Organismy s nižším obsahem GC se tedy mohou v prostředcích bez zdrojů lépe chovat.
- Předpojatost použití kodonu: Kodony jsou sekvence nukleotidových tripletů DNA nebo RNA. Kodony určují, kterou aminokyselinu přidat během syntézy bílkovin. Aminokyselinu může kódovat více různých kodonů, ale v prostředí bohatém na živiny by kodony, které používají zdroje rychleji, měly být zkresleny nad svými protějšky.
Tato studie je jiná, protože se zaměřuje na všechny čtyři tyto vlastnosti, zatímco předchozí studie se zaměřily pouze na jednu nebo dvě z nich. Tato studie se také zaměřuje na to, jak tyto vlastnosti fungují v komunitě, zatímco předchozí studie zaujaly odlišné přístupy. Jak říkají ve své práci, „Naše studie je pozoruhodná jako jeden z prvních experimentů s celým ekosystémemexperimentální úroveň replikována metagenomická hodnocení reakce komunity. “
"Tato studie je jedinečná a výkonná, protože vychází z ekologických studií velkých organismů a aplikuje je na mikrobiální komunity v experimentu s celým ekosystémem."
Hlavní autor Jim Elser, ASU School of Life Sciences
Experiment trval 32 dní a probíhal v jezírku Lagunita v povodí Cuatro Ciénegas. Během této doby vědci prováděli terénní monitorování, odběr vzorků a rutinní chemii vody.
Výsledky byly v souladu s hypotézou: v mezokosmu dominovaly organismy s větší kapacitou pro použití zvýšených živin při replikaci. Kontrolním skupinám dominovaly druhy, které mohly zpracovávat biologické informace za snížené náklady.
"Tato studie je jedinečná a výkonná, protože vychází z ekologických studií velkých organismů a aplikuje je na mikrobiální komunity v experimentu s celkovým ekosystémem," řekl starší autor Jim Elser z ASU's School of Life Sciences. "Tímto způsobem jsme byli snad poprvé schopni identifikovat a potvrdit, že existují systematické rysy celého genomu spojené se systematickými mikrobiálními reakcemi na stav živin v ekosystému, bez ohledu na druhovou identitu těchto mikrobů."
Výsledky této studie nám říkají něco o tom, jak může život fungovat v extrémních a / nebo výživných prostředcích v jiných světech. Ať už je organismus kdekoli, musí mít dokonale vyladěné schopnosti zpracování biologických informací, které mohou využít klíčových zdrojů ve svém prostředí. A prostředí, ve kterém se nacházejí, určí, co to je.
"Je to velmi vzrušující, protože to naznačuje, že existují pravidla života, která by měla být obecně aplikovatelná na život na Zemi i mimo ni," řekl Okie.
Více:
- Tisková zpráva: Pravidla života: Od rybníka k dalšímu
- Výzkumná práce: Genomické adaptace ve zpracování informací podporují trofickou strategii v experimentu s obohacením živin v celém ekosystému
- Přidružený výzkum: Sestavení bakteriální komunity založené spíše na funkčních genech než druzích
