Meie kasvav arusaam ekstremofiilidest siin Maal on avanud uusi võimalusi astrobioloogias. Teadlased võtavad veelkord vaatluse alla ressursivaesed maailmad, mis näisid välja nagu nad ei saaks kunagi elu toetada. Üks teadlaste meeskond uurib Mehhiko toitainetevaest piirkonda, et proovida mõista, kuidas organismid arenevad keerulises keskkonnas.
Teadlased töötasid Mehhiko piirkonnas, mida nimetatakse Cuatro Ciénegasi basseiniks. Umbes 43 miljonit aastat tagasi oli bassein madal meri, kuni see isoleeriti Mehhiko lahest. See on omapärane piirkond, kuna see on nii toitainetevaene kui ka iidsete esivanemate vesimikroobide kodu.
Uue uuringu juhtiv autor on Jordan Okei Arizona osariigi ülikooli maa- ja kosmoseuuringute koolist. Uuringu pealkiri on „Genoomilised kohandused infotöötluses toetavad kogu ökosüsteemi toitainete rikastamise katses troofilisi strateegiaid“. See on avaldatud ajakirjas eLIFE.
Uuring keskendub organismi genoomile ja selle põhiaspektidele nagu organismi suurus, viis, kuidas see kodeerib, ja teabe tihedus. Teadlased uurisid, kuidas need omadused võimaldavad organismil õitseda ekstreemses keskkonnas, nagu näiteks Cuatro Ciénegase basseinis. Mõnes mõttes on bassein analoog varase Maa ehk iidse märja Marsi jaoks.
"See piirkond on toitainetevaene, nii et paljudes selle ökosüsteemides domineerivad mikroobid ja sellel võib olla sarnasusi öise süsteemiga nii Maakerast varakult kui ka Marsi varasema märja keskkonnaga, mis võis elu toetada," ütles juhtautor Okie.
Kõik, mida organism teeb, maksab ja organismid teevad oma äri ajades palju kompromisse. Need kompromissid mõjutavad organismi biokeemilise teabe töötlemise tõhusust. Organism, mis on kohanenud toitainetevaeses keskkonnas ja arenenud selles, ei pruukinud olla „investeerinud“ võimekusse kasutada enda replikatsiooniks suures koguses ressursse.
See oli meeskonna hüpotees ja nad töötasid välja eksperimendid selle uurimiseks.
Selle uuringu vanem autor on dotsent Christopher Dupont J. Craig Venteri instituudist. Dupont ütles oma pressiteates: “Me püstitasime hüpoteesi, et oligotroofilises (madala toitainesisaldusega) keskkonnas leiduvad mikroorganismid tuginevad vajaduse korral DNA replikatsiooni, RNA transkriptsiooni ja valgu translatsiooni jaoks vähe ressursse vajavatele strateegiatele. Vastupidiselt soosib kopiotroofne (kõrge toitainete sisaldusega) keskkond ressursimahukaid strateegiaid. ”
Katse hõlmas nn mesokosmide miniatuursete ökosüsteemide seadistamist. Seejärel söödeti organismidele kõrgendatud koguses lämmastikku ja fosforit sisaldavat väetist. Need elemendid soodustasid mesokosmide sees olevate mikroorganismide kasvu. Katse lõpus uuriti, kuidas organismide kogukond reageeris kontrollrühmadega suurenenud toitainete sisaldusele.
Autorid keskendusid oma uuringus neljale tunnusele, mis reguleerivad organismi võimet oma rakkudes bioloogilist teavet töödelda:
- Valkude biosünteesiks vajalike geenide paljusus: kopiotroofidel ehk toitainerikka keskkonnaga kohanenud organismidel peaks olema suurem arv geene, mis soodustavad suuremat kasvukiirust. Kuid tegemist on kompromissiga: nad on toitainevaeses keskkonnas ebasoodsamas olukorras ja nende suurem replikatsioonimäär võib nende kasvu tõhusust vähendada.
- Genoomi suurus: väiksema genoomiga organism vajab replikatsiooniks vähem ressursse ja selle raku suurus on väiksem. Need organismid suudavad toitainevaestes tingimustes kiiremini reageerida pärast toitainete suhtelist arvukust.
- Guaniini ja tsütosiini sisaldus: Guaniin ja tsütosiin on nukleotiidide alused. Teadlased pole täpselt kindlad, miks, kuid nende genoomis kõrge GC sisaldusega organismidel läheb ressursirikastes keskkondades tõenäoliselt paremini, võib-olla seetõttu, et GC tootmine on „kallim”. Seega võivad madalama GC sisaldusega organismid ressursivaeses keskkonnas paremini hakkama saada.
- Koodoni kasutamise eelarvamused: koodonid on DNA või RNA nukleotiidide kolmikute järjestused. Koodonid määravad, millist aminohapet valgu sünteesi ajal järgmine lisada. Aminohapet võivad kodeerida mitu erinevat koodonit, kuid toitainerikas keskkonnas tuleks kiiremini ressursse kasutavad koodonid kallutada oma vastaspoolte suhtes.
See uuring on erinev, kuna selles vaadeldakse kõiki neid nelja tunnust, samas kui varasemates uuringutes on keskendutud ainult ühele või kahele neist. Selles uuringus vaadeldakse ka seda, kuidas need omadused ühiskonnas toimivad, samas kui varasemates uuringutes kasutati erinevaid lähenemisviise. Nagu nad oma töös ütlevad: „Meie uuring on tähelepanuväärne kui üks esimesi kogu ökosüsteemi katseidkatse tasemel korratud kogukonna reageerimise metagenoomilised hinnangud. ”
"See uuring on ainulaadne ja võimas, kuna see võtab ideid suurte organismide ökoloogilistest uuringutest ja rakendab neid kogu ökosüsteemi katses mikroobsete koosluste jaoks."
Vanem autor Jim Elser, ASU Maaülikool
Katse kestis 32 päeva ja see toimus Lagunita tiigis Cuatro Ciénegase basseinis. Sel ajal viisid teadlased läbi väliseire, proovide võtmise ja vee tavapärase keemia.
Tulemused olid kooskõlas hüpoteesiga: mesokosmides domineerisid organismid, kellel on suurem võime kasutada suurenenud toitaineid replikatsiooniks. Kontrollrühmades domineerisid liigid, kes suutsid bioloogilist teavet töödelda madalamate kuludega.
"See uuring on ainulaadne ja võimas, kuna see võtab ideid suurte organismide ökoloogilisest uuringust ja rakendab neid kogu ökosüsteemi katses mikroobsete koosluste jaoks," ütles vanem Autor Jim Elser ASU Maaülikoolist. "Nii tehes suutsime ehk esimest korda tuvastada ja kinnitada, et ökosüsteemi toitainete seisundi süstemaatilise mikroobivastase reageerimisega kaasnevad põhilised genoomilised tunnused, arvestamata nende mikroobide liigisisest identiteeti."
Selle uuringu tulemused räägivad meile midagi sellest, kuidas elu võib toimida äärmuslikes ja / või toitainetevaestes keskkondades teistes maailmades. Ükskõik kus organism asub, peab sellel olema peenhäälestatud bioloogilise teabe töötlemise võimalused, mis suudaksid ära kasutada selle keskkonna peamisi ressursse. Ja keskkonnad, millesse nad satuvad, määravad ära, mis need on.
"See on väga põnev, kuna see viitab sellele, et on olemas elureeglid, mida tuleks üldiselt kohaldada elule nii Maal kui ka väljaspool," ütles Okie.
Veel:
- Pressiteade: Elureeglid: Tiigist kaugemale
- Uurimistöö: Genoomilised kohandused infotöötluses on troofilise strateegia aluseks kogu ökosüsteemi toitainete rikastamise katses
- Seotud uuringud: Bakterikogukonna kokkupanek põhineb pigem funktsionaalsetel geenidel kui liikidel
