Naše rastuće razumijevanje ekstremofila ovdje na Zemlji otvorilo je nove mogućnosti u astrobiologiji. Znanstvenici još jednom gledaju svjetove sa siromašnim resursima koji su se pojavili kao da nikada ne mogu podržati život. Jedan tim istraživača proučava regiju Meksika siromašnu hranjivim sastojcima kako bi pokušao razumjeti kako organizmi uspevaju u izazovnom okruženju.
Istraživači su radili u regiji Meksika pod nazivom Cuatro Ciénegas Basin. Prije otprilike 43 milijuna godina, bazen je bio plitko more, sve dok nije postao izoliran od Meksičkog zaljeva. Posebno je područje jer je i siromašno hranjivim tvarima i dom je vodenih mikroba s drevnim predakama.
Vodeći autor nove studije je Jordan Okei iz Škole istraživanja zemlje i svemira na Državnom sveučilištu Arizona. Naslov studije je "Genomske prilagodbe u obradi informacija u osnovi trofičke strategije u eksperimentu obogaćivanja hranjivim tvarima u čitavom ekosustavu." Objavljeno je u časopisu eLIFE.
Studija se usredotočuje na genom organizma i njegove temeljne aspekte poput veličine organizma, načina na koji on šifrira podatke i gustoće informacija. Istraživači su proučavali kako te karakteristike dopuštaju organizmu da napreduje u ekstremnom okruženju, poput onog u slivu Cuatro Ciénegas. Na neki je način sliv analogni ranom Zemlji, odnosno drevnom, vlažnom Marsu.
"Ovo je područje toliko siromašno hranjivim tvarima da mnogim njegovim ekosustavima dominiraju mikrobi i mogu imati sličnosti s ekosustavima s rane Zemlje, kao i prošlim vlažnijim sredinama na Marsu koja su možda podržavala život", rekao je glavni autor Okie.
Sve što organizam čini skupo košta i organizmi čine mnogo kompromisa dok rade svoj posao. Ti kompromisi utječu na učinkovitost biokemijske obrade podataka u organizmu. Organizam koji se prilagodio i evoluirao u okruženju siromašnom hranjivim tvarima možda nije „uložio“ u sposobnost da koristi velike količine resursa da se replicira.
To je bila hipoteza tima i osmislili su eksperimente kako bi to istražili.
Vanredni profesor Christopher Dupont s Instituta J. Craig Venter viši je autor ove studije. U priopćenju za javnost Dupont je rekao: "Hipotetizirali smo da će se mikroorganizmi koji se nalaze u oligotrofnom (nisko-hranjivom) okruženju nepotrebno oslanjati na strategije s malim resursima za umnožavanje DNK, transkripciju RNK i prijevod proteina. Suprotno tome, kopiotrofno okruženje (koje sadrži velike hranjive tvari) pogoduje strategijama koje zahtijevaju velike resurse. "
Eksperiment je uključivao postavljanje minizosurnih ekosustava koji se nazivaju "mezokozmi". Tada su organizmi bili hranjeni povišenom razinom gnojiva koja sadrže dušik i fosfor. Ti su elementi potaknuli povećani rast mikroorganizama unutar mezokozmosa. Na kraju eksperimenta pogledali su kako zajednica organizama reagira na povećane hranjive tvari u usporedbi s kontrolnim skupinama.
Autori se u svojoj studiji fokusirali na četiri osobine koje upravljaju sposobnostima organizama da obrađuju biološke informacije u svojim stanicama:
- Mnoštvo gena neophodnih za biosintezu proteina: Kopiotrofi ili organizmi prilagođeni okolišu bogatom hranjivim tvarima trebaju imati veći broj gena koji pridonose većoj stopi rasta. Ali tu je došlo do kompromisa: oni su u nepovoljnom okruženju u siromašnim hranjivim tvarima, a njihove veće stope umnožavanja mogu na kraju smanjiti njihovu učinkovitost rasta.
- Veličina genoma: Organizaciji s manjim genomom treba manje resursa za repliciranje i manja je veličina stanica. Ti organizmi mogu brže reagirati na stanje siromašno hranjivim tvarima nakon vremena relativnog obilja hranjivih sastojaka.
- Sadržaj gvanina i citozina: Guanin i citozin su nukleotidne baze. Znanstvenici nisu baš sigurni zašto, ali organizmi s visokom razinom GC-a u svom genomu vjerojatno djeluju bolje u okruženjima bogatim resursima, možda zato što su GC "skuplji" za proizvodnju. Dakle, organizmi s nižim sadržajem GC-a mogu se bolje snalaziti u okruženjima siromašnim resursima.
- Pristranost upotrebe kodona: Kodoni su nizovi tripleta DNA ili RNA nukleotida. Kodoni određuju koju aminokiselinu dodati sljedeće tijekom sinteze proteina. Više različitih kodona može kodirati aminokiselinu, ali u okruženju bogatom hranjivim tvarima kodoni koji brže troše resurse trebali bi biti pristrani u odnosu na svoje kolege.
Ova je studija drukčija jer proučava sve četiri značajke, dok su se prethodna istraživanja usredotočila na samo jedno ili dva. Ova studija također razmatra kako ove osobine djeluju u zajednici, dok su prethodne studije imale različite pristupe. Kao što kažu u svom radu, „Naša je studija zapažena kao jedan od prvih eksperimenata sa cijelim ekosustavima koji su uključenireplicirana razina eksperimenta metagenomske procjene reakcije zajednice. "
"Ova je studija jedinstvena i snažna jer uzima ideje iz ekološke studije velikih organizama i primjenjuje ih na mikrobne zajednice u eksperimentu s cijelim ekosustavima."
Stariji autor Jim Elser, ASU Škola znanosti o životu
Eksperiment je trajao 32 dana, a odvijao se u ribnjaku Lagunita u slivu Cuatro Ciénegas. Tijekom tog vremena, istraživači su provodili nadzor na terenu, uzorkovanje i rutinsku kemiju vode.
Rezultati su bili u skladu s hipotezom: mezokozmima su dominirali organizmi većeg kapaciteta za korištenje povećanih hranjivih tvari u replikaciji. U kontrolnim skupinama dominirale su vrste koje su mogle obrađivati biološke informacije uz smanjene troškove.
"Ova je studija jedinstvena i snažna jer uzima ideje iz ekološke studije velikih organizama i primjenjuje ih na mikrobne zajednice u eksperimentu u cijelom ekosustavu", rekao je stariji autor Jim Elser iz ASU-ove Škole nauka o životu. "Čineći to, uspjeli smo, možda po prvi put, identificirati i potvrditi da postoje temeljne genomske osobine povezane sa sustavnim reakcijama mikroba na hranjive sastojke ekosustava, bez obzira na identitet tih mikroba."
Rezultati ovog istraživanja govore nam o tome kako život može funkcionirati u ekstremnim i / ili siromašnim hranjivim tvarima u drugim svjetovima. Gdje god se nalazi organizam, mora imati fino podešene mogućnosti obrade biološke informacije koje mogu iskoristiti ključne resurse u njihovom okruženju. A okruženje u kojem se nađu odredit će što su to.
"Ovo je vrlo uzbudljivo, jer sugerira da postoje pravila života koja bi se općenito trebala primjenjivati na život na Zemlji i šire", rekao je Okie.
Više:
- Priopćenje za javnost: Pravila života: Od ribnjaka do šire
- Istraživački rad: Genske prilagodbe u obradi informacija podupiru trofičku strategiju u eksperimentu obogaćivanja hranjivim tvarima u cijelom ekosustavu
- Povezana istraživanja: Skup bakterijske zajednice temeljen na funkcionalnim genima, a ne vrstama
