Naše vedno večje razumevanje ekstremofilov tukaj na Zemlji je odprlo nove možnosti v astrobiologiji. Znanstveniki se še enkrat ozirajo v revne svetove, ki so bili videti, kot da nikoli ne bi mogli podpreti življenja. Ena skupina raziskovalcev preučuje območje Mehike, ki ne vsebuje hranil, in poskuša razumeti, kako organizmi uspevajo v zahtevnih okoljih.
Raziskovalci so delali na območju Mehike, ki se imenuje Cuatro Ciénegas Basin. Pred približno 43 milijoni let je bilo porečje plitvo morje, dokler ni postalo izolirano od Mehiškega zaliva. To je izrazito območje, saj je tako hrano s hranilnimi snovmi kot dom vodnih mikrobov s starodavnimi predniki.
Glavni avtor nove študije je Jordan Okei iz šole raziskovanja zemlje in vesolja na državni univerzi Arizona. Naslov študije je "Genske prilagoditve pri obdelavi informacij temeljijo na trofični strategiji v eksperimentu obogatitve hranil v celotnem ekosistemu." Objavljeno je v reviji eLIFE.
Študija se osredotoča na genom organizma in njegove temeljne vidike, kot so velikost organizma, način, kako kodira informacije, in gostota informacij. Raziskovalci so preučevali, kako te lastnosti omogočajo organizmu, da uspe v ekstremnem okolju, kot je to v porečju Cuatro Ciénegas. Na nek način je kotlina analog za zgodnji Zemljo ali starodavni mokri Mars.
"To območje je tako hrano s hranilnimi snovmi, da v mnogih njegovih ekosistemih prevladujejo mikrobi in imajo lahko podobnosti z ekosistemi iz zgodnje Zemlje, pa tudi s preteklimi vlažnimi okolji na Marsu, ki so morda podpirala življenje," je povedal glavni avtor Okie.
Vse, kar dela organizem, je strošek in organizmi se veliko trudijo, ko se ukvarjajo s poslom. Ti kompromisi vplivajo na učinkovitost biokemijske obdelave informacij v organizmu. Organizem, ki se je prilagodil in se razvil v okolju, ki ni dovolj hranil, morda ni "vložil" v sposobnost uporabe velikih količin virov, da bi se sam razmnožil.
To je bila hipoteza ekipe in zasnovali so poskuse, da bi jo raziskali.
Izredni profesor Christopher Dupont z inštituta J. Craig Venter je višji avtor te študije. V sporočilu za javnost je Dupont dejal: "Hipotetizirali smo, da se bodo mikroorganizmi, ki jih najdemo v oligotrofnem (nizkohranilnem) okolju, nujno opirali na strategije z nizkimi viri za podvajanje DNK, prepisovanje RNK in prevajanje beljakovin. Nasprotno, kopiotrofno (visoko hranilno) okolje daje prednost strategijam, ki zahtevajo veliko virov. "
V poskusu je bila vzpostavitev miniaturnih ekosistemov, imenovanih "mezokozmi". Organizem so nato hranili povišane ravni gnojil, ki vsebujejo dušik in fosfor. Ti elementi so spodbudili povečano rast mikroorganizmov znotraj mezokozmosa. Na koncu poskusa so videli, kako se skupnost organizmov odziva na povečane hranilne snovi v primerjavi s kontrolnimi skupinami.
V svoji raziskavi so se avtorji osredotočili na štiri lastnosti, ki urejajo sposobnost organizmov za obdelavo bioloških informacij v svojih celicah:
- Množica genov, ki so bistvenega pomena za biosintezo beljakovin: Kopiotrofi ali organizmi, prilagojeni okolju, bogatim s hranili, bi morali imeti večje število genov, ki prispevajo k večji hitrosti rasti. Vendar pa obstaja kompromis: v okolju, ki ni dovolj hranil, so v slabšem položaju, njihova višja stopnja podvajanja pa lahko zmanjša njihovo učinkovitost rasti.
- Velikost genoma: Organizem z manjšim genomom potrebuje manj virov za razmnoževanje in ima manjšo velikost celice. Ti organizmi se lahko po času relativne številčnosti hranil hitreje odzovejo na razmere, ki niso povezane s hranili.
- Vsebnost gvanina in citozina: Gvanin in citozin sta nukleotidni bazi. Znanstveniki niso ravno prepričani, zakaj, vendar organizmi z visokimi nivoji GC v svojem genomu verjetno delujejo bolje v okolju, bogatem z viri, morda zato, ker so GC "dražje" za proizvodnjo. Torej lahko organizmi z nižjo vsebnostjo GC delujejo bolje v okolju, ki ni dovolj virov.
- Pristranost uporabe kodona: Kodoni so zaporedji trikotov nukleotidov DNA ali RNA. Kodoni določajo, katero aminokislino dodamo med sintezo beljakovin. Več različnih kodonov lahko kodira aminokislino, toda v okolju, bogatem s hranili, je treba kodone, ki hitreje uporabljajo vire, pristranski pred svojimi kolegi.
Ta študija je drugačna, ker obravnava vse štiri lastnosti, medtem ko so se prejšnje študije osredotočile na le eno ali dve izmed njih. V tej študiji je razvidno tudi, kako te lastnosti delujejo v skupnosti, medtem ko so prejšnje študije uporabljale različne pristope. Kot pravijo v svojem prispevku, je bila „naša raziskava omembe vredna kot eden prvih poskusov, ki so vključeni v celotni ekosistemposneto na ravni eksperimenta metagenomske ocene odziva skupnosti. "
"Ta študija je edinstvena in močna, saj jemlje ideje iz ekološke študije velikih organizmov in jih uporablja pri mikrobnih skupnostih v eksperimentu celotnega ekosistema."
Jim Elser, šola znanosti o življenju ASU
Poskus je trajal 32 dni in je potekal v ribniku Lagunita v porečju Cuatro Ciénegas. V tem času so raziskovalci izvajali nadzor na terenu, vzorčenje in rutinsko kemijo vode.
Rezultati so bili v skladu s hipotezo: v mezokozmih so prevladovali organizmi z večjo zmožnostjo, da bi povečali hranila uporabili pri podvajanju. V kontrolnih skupinah so prevladovale vrste, ki so lahko z nižjimi stroški obdelale biološke informacije.
"Ta študija je edinstvena in močna, saj jemlje ideje iz ekološke študije velikih organizmov in jih uporablja pri mikrobnih skupnostih v celotnem ekosistemskem poskusu," je dejal višji avtor Jim Elser iz ASU-ove Šole znanosti o življenju. "S tem smo morda prvič ugotovili in potrdili, da obstajajo temeljne genomske lastnosti, povezane s sistematičnimi odzivi mikrobov na stanje hranil v ekosistemu, ne glede na identiteto vrst teh mikrobov."
Rezultati te študije nam povedo nekaj o tem, kako lahko življenje deluje v ekstremnih in / ali slabih s hranili na drugih svetovih. Kjer koli je organizem, mora imeti naravnane zmogljivosti za biološko obdelavo informacij, ki lahko izkoristijo ključne vire v svojem okolju. In okoliščine, v katerih so se znašli, bodo določile, kaj to so.
"To je zelo razburljivo, saj kaže, da obstajajo pravila življenja, ki bi se morala splošno uporabljati za življenje na Zemlji in zunaj nje," je dejal Okie.
Več:
- Sporočilo za javnost: Pravila življenja: Od ribnika do onkraj
- Raziskovalni članek: Genomske prilagoditve pri obdelavi informacij temeljijo na trofični strategiji v eksperimentu obogatitve hranil v celotnem ekosistemu
- Povezane raziskave: sestavljanje bakterijske skupnosti, ki temelji na funkcionalnih genih in ne na vrstah
