Înțelegerea noastră în creștere a extremofililor aici pe Pământ a deschis noi posibilități în astrobiologie. Oamenii de știință aruncă o altă privire asupra lumilor sărace cu resurse care au apărut ca și cum nu ar putea susține niciodată viața. O echipă de cercetători studiază o regiune săracă din nutrienți din Mexic pentru a încerca să înțeleagă modul în care organismele prosperă în medii provocatoare.
Cercetătorii au lucrat într-o regiune din Mexic, numită Bazinul Cuatro Ciénegas. Cu aproximativ 43 de milioane de ani în urmă, bazinul era o mare adâncă, până când a devenit izolat de Golful Mexic. Este o regiune distinctivă, deoarece este atât săracă în nutrienți, cât și acasă pentru microbi acvatici cu strămoși străvechi.
Autorul principal al noului studiu este Jordan Okei de la Universitatea de Stat din Arizona School of Earth and Space Exploration. Titlul studiului este „Adaptările genomice în procesarea informațiilor stau la baza strategiei trofice într-un experiment de îmbogățire a nutrienților în întregul ecosistem.” Este publicat în revista eLIFE.
Studiul se concentrează pe genomul unui organism și pe aspecte fundamentale ale acestuia, precum dimensiunea organismului, modul în care codifică informațiile și densitatea informațiilor. Cercetătorii au studiat modul în care aceste caracteristici permit unui organism să prospere într-un mediu extrem, precum cel din Bazinul Cuatro Ciénegas. În unele moduri, bazinul este un analog pentru Pământul timpuriu sau pentru Marte antică, umedă.
„Această zonă este atât de săracă în nutrienți, încât multe dintre ecosistemele sale sunt dominate de microbi și pot avea asemănări cu ecosistemele de pe Pământul timpuriu, precum și cu mediile mai umede de pe Marte care ar fi putut susține viața”, a declarat autorul principal Okie.
Există un cost pentru tot ceea ce face un organism și organismele fac multe compensații pe măsură ce își desfășoară activitatea. Aceste compromisuri afectează eficiența procesării biochimice a informației a unui organism. Un organism care s-a adaptat și a evoluat într-un mediu sărac în nutrienți ar putea să nu fi „investit” în capacitatea de a utiliza cantități mari de resurse pentru a se reproduce.
Aceasta a fost ipoteza echipei și au conceput experimente pentru investigarea acesteia.
Profesorul asociat Christopher Dupont de la Institutul J. Craig Venter este autorul principal al acestui studiu. Într-un comunicat de presă, Dupont a spus „Am ipotezat că microorganismele găsite în mediile oligotrofice (cu conținut scăzut de nutrienți) s-ar baza, în mod necesar, pe strategii cu resurse reduse pentru replicarea ADN-ului, transcrierea ARN-ului și traducerea proteinelor. În schimb, un mediu copiotrofic (cu conținut ridicat de nutrienți) favorizează strategiile care consumă resurse. ”
Experimentul a implicat crearea a ceea ce se numesc „mesocosme”, ecosisteme miniaturale. Organismele au fost apoi alimentate cu un nivel ridicat de îngrășământ care conține azot și fosfor. Aceste elemente au stimulat o creștere crescută a microorganismelor din interiorul mezocosmelor. La sfârșitul experimentului au privit modul în care comunitatea organismelor a răspuns la substanțele nutritive crescute, în comparație cu grupurile de control.
În studiul lor, autorii s-au concentrat pe patru trăsături care guvernează capacitatea organismelor de a prelucra informațiile biologice în celulele lor:
- Multiplicitatea genelor esențiale pentru biosinteza proteinelor: copiotrofele sau organismele adaptate mediilor bogate în nutrienți ar trebui să aibă un număr mai mare de gene care să contribuie la o rată de creștere mai mare. Dar există un compromis: sunt dezavantajate în mediile sărace în nutrienți, iar ratele de replicare mai mari ar putea ajunge la reducerea eficienței lor de creștere.
- Mărimea genomului: Un organism cu un genom mai mic are nevoie de mai puține resurse pentru a se reproduce și are o dimensiune celulară mai mică. Aceste organisme pot răspunde mai rapid la condițiile sărace în nutrienți după o perioadă de abundență relativă de nutrienți.
- Conținutul de guanină și citozină: Guanina și citozina sunt baze nucleotide. Oamenii de știință nu sunt sigur de ce, dar organismele cu un nivel ridicat de GC în genomul lor se descurcă probabil mai bine în medii bogate în resurse, poate pentru că GC este mai „scump” de produs. Deci, organismele cu un conținut mai mic de GC se pot îmbunătăți mai bine în medii sărace de resurse.
- Bias de utilizare a codonilor: Codonii sunt secvențe de triplete de nucleotide ADN sau ARN. Codonii specifică ce aminoacid se va adăuga în timpul sintezei proteice. Mai mulți codoni diferiți pot codifica un aminoacid, dar într-un mediu bogat în nutrienți, codonii care utilizează mai rapid resursele ar trebui să fie părtinitori față de omologii lor.
Acest studiu este diferit, deoarece analizează toate cele patru trăsături, în timp ce studiile anterioare s-au concentrat doar pe una sau două dintre ele. Acest studiu analizează, de asemenea, modul în care aceste trăsături funcționează într-o comunitate, în timp ce studiile anterioare au adoptat abordări diferite. După cum spun ei în lucrarea lor, „Studiul nostru este demn de remarcat ca fiind unul dintre primele experimente din întregul ecosistem implicatreplicat la nivel de experiment evaluări metagenomice ale răspunsului comunității. ”
„Acest studiu este unic și puternic, deoarece ia idei din studiul ecologic al organismelor mari și le aplică comunităților microbiene într-un experiment cu întregul ecosistem.”
Autor principal Jim Elser, ASU School of Life Sciences
Experimentul a durat 32 de zile și a avut loc în iazul Lagunita din Bazinul Cuatro Ciénegas. În acea perioadă cercetătorii au efectuat monitorizare pe teren, prelevare de probe și chimie de apă de rutină.
Rezultatele au fost în conformitate cu ipoteza: mezocosmele au devenit dominate de organisme cu o capacitate mai mare de a utiliza substanțele nutritive crescute în replicare. Grupurile de control au fost dominate de specii care puteau prelucra informațiile biologice la costuri reduse.
„Acest studiu este unic și puternic, deoarece ia idei din studiul ecologic al marilor organisme și le aplică comunităților microbiene într-un experiment cu ecosistemul întreg”, a declarat autorul senior Jim Elser, de la Școala de Științe a Vieții. „Făcând acest lucru, am putut, probabil, pentru prima dată, să identificăm și să confirmăm că există trăsături fundamentale ale genomului asociate cu răspunsurile sistematice microbiene la starea de nutrienți a ecosistemului, fără a ține cont de identitatea speciilor acestor microbi.”
Rezultatele acestui studiu ne spun ceva despre modul în care viața ar putea funcționa în medii extreme și / sau cu conținut nutritiv de alte lumi. Oriunde se află un organism, acesta trebuie să aibă capacități de prelucrare a informațiilor biologice fine, care să poată profita de resursele cheie din mediile lor. Iar mediile în care se regăsesc vor determina care sunt acestea.
"Acest lucru este foarte interesant, deoarece sugerează că există reguli de viață care ar trebui să se aplice în general vieții de pe Pământ și nu numai", a spus Okie.
Mai Mult:
- Comunicat de presă: Reguli de viață: De la un iaz până dincolo
- Document de cercetare: Adaptările genomice în procesarea informațiilor stau la baza strategiei trofice într-un experiment de îmbogățire a nutrienților din întregul ecosistem
- Cercetare asociată: ansamblu comunitar bacterian bazat pe gene funcționale și nu pe specii
