Наше растуће разумевање екстремофила овде на Земљи отворило је нове могућности у астробиологији. Научници још једном гледају светове са сиромашним ресурсима који су се појавили као да никада не могу подржати живот. Један тим истраживача проучава регион Мексика који је сиромашан хранљивим материјама, како би покушао да схвати како организми успевају у изазовном окружењу.
Истраживачи су радили у региону Мексика који се зове Цуатро Циенегас Басин. Прије око 43 милиона година, базен је био плитко море, све док није постао изолован од Мексичког заљева. То је осебујна регија, јер је и сиромашна храњивим материјама и дом је водених микроба са древним пореклом.
Водећи аутор нове студије је Јордан Океи са Школе истраживања земље и свемира на Државном универзитету Аризона. Наслов студије је „Геномске адаптације у обради информација подржавају трофичку стратегију у експерименту обогаћивања храњивим материјама из читавог екосистема.“ Објављено је у часопису еЛИФЕ.
Студија се фокусира на геном организма и његове темељне аспекте, попут величине организма, начина на који он шифрира информације и густине информација. Истраживачи су проучавали како те карактеристике омогућавају организму да напредује у екстремном окружењу, попут оног у сливу Цуатро Циенегас. На неки начин, слив је аналогни раном Земљи, или древном, влажном Марсу.
„Ово подручје је толико сиромашно хранљивим материјама да многим његовим екосуставима доминирају микроби и могу имати сличности са екосистемима из ране Земље, као и са прошлијим влажнијим окружењима на Марсу која су можда подржала живот“, рекао је главни аутор Окие.
Све што организам чини скупо кошта и организми чине много компромиса док раде свој посао. Ови компромиси утичу на ефикасност биохемијске обраде информација у организму. Организам који се прилагодио и развио у окружењу сиромашном хранљивим материјама можда није „уложио“ у способност да користи велике количине ресурса да се реплицира.
То је била хипотеза тима и они су осмислили експерименте како би то истражили.
Ванредни професор Цхристопхер Дупонт са Института Ј. Цраиг Вентер виши је аутор ове студије. У саопштењу за штампу, Дупонт је рекао: "Хипотетирали смо да ће се микроорганизми који се налазе у олиготрофичном окружењу (са мало храњивих састојака) ослањати на стратегије са малим ресурсима за репликацију ДНК, транскрипцију РНК и превођење протеина. Супротно томе, копиотрофично (високохрањиво) окружење фаворизује стратегије које захтевају велике ресурсе. "
Експеримент је укључивао постављање минизосурних екосистема "мезокозми". Тада су организми били храњени повишеним нивоом ђубрива које садржи азот и фосфор. Ти су елементи подстакли раст микроорганизама унутар мезокозмоса. На крају експеримента погледали су како заједница организама реагује на повећане хранљиве материје у поређењу са контролним групама.
Аутори се у својој студији фокусирали на четири особине које управљају способношћу организама да процесуирају биолошке информације у својим ћелијама:
- Мноштво гена од суштинског значаја за биосинтезу протеина: Копиотрофи, односно организми прилагођени окружењу богатим хранљивим хранљивим материјама, треба да имају већи број гена који доприносе већој стопи раста. Али постоји компромис: у неповољном су окружењу у сиромашним хранљивим материјама, па би њихове веће стопе репликације могле на крају смањити њихову ефикасност у расту.
- Величина генома: Организацији са мањим геномом треба мање ресурса да се реплицира и има мању величину ћелије. Ови организми могу брже реаговати на стање сиромашно хранљивим материјама након времена релативног обиља храњивих састојака.
- Садржај гванина и цитозина: Гуанин и цитозин су нуклеотидне базе. Научници нису баш сигурни зашто, али организми са високим нивоом ГЦ у свом геному вероватно могу боље у окружењима богатим ресурсима, можда зато што су ГЦ „скупљи“ за производњу. Тако организми са нижим садржајем ГЦ-а могу боље да раде у окружењима са сиромашним ресурсима.
- Пристраност употребе кодона: Кодони су низови ДНК или РНА нуклеотидних троструких. Кодони одређују коју аминокиселину додати током синтезе протеина. Више различитих кодона може кодирати аминокиселину, али у окружењу богатом хранљивим материјама кодони који брже користе ресурсе треба бити пристрасни својим колегама.
Ова студија је другачија јер проучава све четири те особине, док су се претходне студије усредсредиле на само једну или две од њих. Ова студија такође проучава како ове особине делују у заједници, док су претходне студије имале различите приступе. Као што кажу у свом раду, „Наша је студија запажена као један од првих експеримената са целим екосуставима који су укљученипоновљено на нивоу експеримента метагеномске процене одговора заједнице. "
„Ова студија је јединствена и снажна јер узима идеје из еколошке студије великих организама и примењује их на микробне заједнице у експерименту целог екосистема.“
Старији аутор Јим Елсер, АСУ Школа наука о животу
Експеримент је трајао 32 дана и одвијао се у базену Лагунита у сливу Цуатро Циенегас. За то време истраживачи су вршили надзор на терену, узорковање и рутинску хемију воде.
Резултати су били у складу с хипотезом: мезокозмима су доминирали организми са већим капацитетом да користе повећане храњиве материје у репликацији. У контролним групама су доминирале врсте које су могле да обрађују биолошке информације по смањеном трошку.
„Ова студија је јединствена и снажна јер узима идеје из еколошке студије великих организама и примењује их на микробне заједнице у експерименту целог екосистема“, рекао је старији аутор Јим Елсер из АСУ-ове Школе наука о животу. "Чинећи то, успели смо, можда по први пут, да идентификујемо и потврдимо да постоје фундаменталне геномске карактеристике повезане са систематским реакцијама микроба на храњиве састојке у екосистему, без обзира на идентитет тих микроба."
Резултати овог истраживања говоре нам о томе како живот може да функционише у екстремним и / или сиромашним хранљивим материјама у другим светима. Где год да је организам, он мора имати фино подешене могућности за обраду биолошких информација које могу искористити кључне ресурсе у њиховом окружењу. А окружење у којем се нађу ће одредити шта су то.
„Ово је веома узбудљиво, јер сугерише да постоје правила живота која би требало да буду у целини применљива на живот на Земљи и шире“, рекао је Окие.
Више:
- Саопштења за јавност: Правила живота: Од рибњака до ширег
- Истраживачки рад: Геномске адаптације у обради информација подупиру трофичку стратегију у експерименту обогаћивања храњивим материјама у читавом екосуставу.
- Придружена истраживања: Скупљање бактеријске заједнице засновано на функционалним генима, а не врстама
