Наше зростаюче розуміння екстремофілів тут, на Землі, відкрило нові можливості в астробіології. Вчені ще раз дивляться на бідні світами ресурси, які з'явилися так, ніби ніколи не можуть підтримати життя. Одна команда дослідників вивчає мексиканський регіон, який не має поживних речовин, щоб спробувати зрозуміти, як організми процвітають у складних умовах.
Дослідники працювали в регіоні Мексики під назвою басейн Cuatro Ciénegas. Близько 43 мільйонів років тому басейн був мілководним морем, поки не став відокремлений від Мексиканської затоки. Це особливий регіон, оскільки він бідний і поживними речовинами, і є домом для водних мікробів з давнім походженням.
Головним автором нового дослідження є Джордан Окі з Школи досліджень Землі та Космосу Державного університету Арізони. Назва дослідження - "Геномні адаптації в обробці інформації лежать в основі трофічної стратегії в експерименті з збагачення поживних речовин у цілій екосистемі". Він опублікований у журналі eLIFE.
Дослідження фокусується на геномі організму та його фундаментальних аспектах, таких як розмір організму, спосіб його кодування та щільність інформації. Дослідники вивчали, як ці характеристики дозволяють організму процвітати в екстремальних умовах, як у басейні Куатро-Сінегасу. У чомусь басейн є аналогом раннього Землі, або древнього, мокрого Марса.
"Ця територія настільки бідна поживними речовинами, що в багатьох її екосистемах переважають мікроби і можуть мати схожість з екосистемами з ранньої Землі, а також з минулими більш вологими середовищами на Марсі, які, можливо, підтримували життя", - сказав головний автор Окі.
Все, що робить організм, коштує, і організми роблять багато вигод, коли займаються своєю справою. Ці компроміси впливають на ефективність обробки біохімічної інформації організму. Організм, який пристосувався і розвинувся в середовищі з бідними поживними речовинами, можливо, не «вклав» у здатність використовувати велику кількість ресурсів для реплікації.
Це була гіпотеза команди, і вони розробили експерименти, щоб дослідити її.
Доцент Крістофер Дюпон з Інституту Дж. Крейга Вентера є старшим автором цього дослідження. У прес-релізі Дюпон заявив: "Ми висловлювали гіпотезу, що мікроорганізми, що знаходяться в оліготрофних середовищах з низьким вмістом живильних речовин, покладаються на необхідність стратегій реплікації ДНК, транскрипції РНК та трансляції білка. І навпаки, копіотрофічне (з високим поживним середовищем) сприятливе для ресурсоємних стратегій. "
Експеримент передбачав створення мініатюрних екосистем, які називаються "мезокосмами". Потім організми надходили підвищеним рівнем добрив, що містять азот та фосфор. Ці елементи спонукали посилити ріст мікроорганізмів всередині мезокосмів. Наприкінці експерименту вони вивчили, як спільнота організмів реагує на збільшені поживні речовини порівняно з контрольними групами.
У своєму дослідженні автори зосередили увагу на чотирьох ознаках, які регулюють здатність організмів обробляти біологічну інформацію у своїх клітинах:
- Безліч генів, необхідних для біосинтезу білка: Копіотрофи, або організми, пристосовані до середовища, багатого поживними речовинами, повинні мати більшу кількість генів, що сприяють більшій швидкості росту. Але є компроміс: вони перебувають у невигідному стані в бідних живильними середовищами середовищах, і їх більш високі показники реплікації можуть призвести до зниження ефективності їх росту.
- Розмір геному: Організму з меншим геномом потрібно менше ресурсів для тиражування та має менший розмір клітин. Ці організми можуть швидше реагувати на бідні поживними речовинами умови після відносної кількості поживних речовин.
- Вміст гуаніну та цитозину: Гуанін та цитозин - основи нуклеотидів. Вчені точно не впевнені, але організми з високим вмістом GC у своєму геномі, ймовірно, краще в умовах, багатих ресурсами, можливо, тому що GC дорожче виробляти. Таким чином, організми з нижчим вмістом GC можуть зробити краще в умовах, де бідні ресурси.
- Зсув використання кодону: Кодони - це послідовності триплетів нуклеотидів ДНК або РНК. Кодони вказують, яку амінокислоту додати далі під час синтезу білка. Кілька різних кодонів можуть кодувати амінокислоту, але в середовищі, багатому поживними речовинами, кодони, які швидше використовують ресурси, повинні бути упередженими щодо своїх аналогів.
Це дослідження відрізняється тим, що воно розглядає всі чотири ці риси, тоді як попередні дослідження були зосереджені лише на одній або двох з них. У цьому дослідженні також розглядається, як ці риси працюють у громаді, тоді як попередні дослідження використовували різні підходи. Як говориться в роботі, "Наше дослідження заслуговує уваги як один із перших експериментів із цілою екосистемоюекспериментальний рівень тиражувався метагеномічні оцінки реакції громади ».
"Це дослідження є унікальним і потужним, оскільки воно бере ідеї з екологічного вивчення великих організмів і застосовує їх до мікробних спільнот у цілому-екосистемному експерименті".
Старший автор Джим Елсер, школа наук про життя АСУ
Експеримент тривав 32 дні і проходив у ставку Лагуніта в басейні Куатро Сінегасу. За цей час дослідники проводили натурний моніторинг, відбір проб та звичайну хімію води.
Результати відповідали гіпотезі: в мезокосмах переважали організми з більшою здатністю використовувати підвищені поживні речовини для реплікації. У контрольних групах переважали види, які могли обробляти біологічну інформацію за меншими витратами.
"Це дослідження є унікальним та потужним, оскільки воно бере ідеї екологічного вивчення великих організмів та застосовує їх до мікробних спільнот в експерименті з цілою екосистемою", - сказав старший автор Джим Елсер із Школи наук про життя АСУ. "Зробивши це, ми змогли, вперше, виявити та підтвердити, що існують основні геномічні ознаки, пов'язані із систематичною реакцією мікробів на стан поживних речовин екосистеми, без огляду на видову ідентичність цих мікробів".
Результати цього дослідження говорять нам про те, як життя може функціонувати в екстремальних та / або бідних поживними речовинами середовищах в інших світах. Де б організм не був, він повинен мати чітко налаштовані можливості біологічної обробки інформації, які можуть скористатися ключовими ресурсами в їхньому середовищі. І середовище, в якому вони опиняються, визначатиме, що це таке.
"Це дуже захоплююче, оскільки дозволяє припустити, що існують правила життя, які мають бути загальноприйнятними для життя на Землі та поза нею", - сказав Окі.
Більше:
- Прес-реліз: Правила життя: Від ставка до кінця
- Дослідницький документ: Геномні адаптації в обробці інформації лежать в основі трофічної стратегії в експерименті з збагачення поживних речовин у цілій екосистемі
- Асоційовані дослідження: Збір бактеріальної спільноти на основі функціональних генів, а не видів
