Mūsu pieaugošā izpratne par ekstremofiliem šeit uz Zemes ir pavērusi jaunas iespējas astrobioloģijā. Zinātnieki vēlreiz aplūko resursiem trūkstošās pasaules, kas šķita tādas, ka tās nekad nevarētu atbalstīt dzīvību. Viena pētnieku grupa pēta Meksikas reģionu, kurā trūkst barības vielu, lai mēģinātu saprast, kā organismi plaukst sarežģītā vidē.
Pētnieki strādāja Meksikas reģionā, ko sauc par Cuatro Ciénegas baseinu. Apmēram pirms 43 miljoniem gadu baseins bija sekla jūra, līdz tas kļuva izolēts no Meksikas līča. Tas ir atšķirīgs reģions, jo tas ir gan nepietiekams barības vielu daudzums, gan mājvieta ūdens mikrobiem ar seniem senčiem.
Jaunā pētījuma galvenais autors ir Jordānija Okei no Arizonas Valsts universitātes Zemes un kosmosa izpētes skolas. Pētījuma nosaukums ir “Genoma adaptācija informācijas apstrādē, kas ir trofiskās stratēģijas pamatā visas ekosistēmas barības vielu bagātināšanas eksperimentā.” Tas ir publicēts žurnālā eLIFE.
Pētījums koncentrējas uz organisma genomu un tā galvenajiem aspektiem, piemēram, organisma lielumu, veidu, kā tas kodē informāciju, un informācijas blīvumu. Pētnieki pētīja, kā šīs īpašības ļauj organismam attīstīties ekstrēmā vidē, kā tas ir Cuatro Ciénegas baseinā. Dažos veidos baseins ir agrās Zemes jeb senā, slapjā Marsa analogs.
"Šajā apgabalā ir tik slikti barības vielas, ka daudzās tās ekosistēmās dominē mikrobi, un tām var būt līdzības ar ekosistēmām jau Zemes sākumā, kā arī ar iepriekšējo mitrāko vidi uz Marsa, kas, iespējams, atbalstīja dzīvību," sacīja galvenais autors Okie.
Par visu, ko dara organisms, ir jāmaksā, un, veicot savu uzņēmējdarbību, organismi veic daudzus kompromisus. Šie kompromisi ietekmē organisma bioķīmiskās informācijas apstrādes efektivitāti. Organisms, kurš ir pielāgojies videi, kurā trūkst barības vielu, un, iespējams, ir attīstījies tajā, iespējams, nav “ieguldījis” spējā izmantot replikācijai lielu daudzumu resursu.
Tā bija komandas hipotēze, un viņi izstrādāja eksperimentus, lai to izpētītu.
Dž. Kreiga Ventera institūta asociētais profesors Kristofers Duontons ir šī pētījuma vecākais autors. Preses paziņojumā Dupont teica: “Mēs izvirzījām hipotēzi, ka mikroorganismi, kas atrodami oligotrofā (zemu barības vielu) vidē, nepieciešamības gadījumā paļausies uz zemu resursu stratēģijām DNS replikācijai, RNS transkripcijai un olbaltumvielu translācijai. Un otrādi, videi kopīga vide (ar augstu barības vielu daudzumu) veicina resursietilpīgas stratēģijas. ”
Eksperiments ietvēra tā saukto “mezokosmu” miniatūru ekosistēmu izveidošanu. Pēc tam organismus baroja ar paaugstinātu mēslošanas līdzekļu daudzumu, kas satur slāpekli un fosforu. Šie elementi veicināja palielinātu mikroorganismu augšanu mezokosmu iekšienē. Eksperimenta beigās viņi apskatīja, kā organismu kopiena reaģēja uz paaugstinātu barības vielu daudzumu, salīdzinot ar kontroles grupām.
Savā pētījumā autori koncentrējās uz četrām pazīmēm, kas nosaka organisma spēju apstrādāt bioloģisko informāciju savās šūnās:
- Gēnu daudzumam, kas ir svarīgi olbaltumvielu biosintēzei: Kopiotrofiem vai organismiem, kas pielāgoti videi, kas bagāta ar barības vielām, vajadzētu būt lielākam gēnu skaitam, kas veicina lielāku augšanas ātrumu. Tomēr ir kompromiss: tiem ir nelabvēlīgā situācijā vide, kurā trūkst barības vielu, un to augstāks replikācijas ātrums var samazināt augšanas efektivitāti.
- Genoma lielums: organismam ar mazāku genomu replikācijai ir nepieciešams mazāk resursu, un tā šūna ir mazāka. Pēc noteikta relatīvā barības vielu daudzuma šie organismi var ātrāk reaģēt uz barības vielu trūkuma apstākļiem.
- Guanīna un citozīna saturs: Guanīns un citozīns ir nukleotīdu bāzes. Zinātnieki nav precīzi pārliecināti, kāpēc, bet organismiem ar augstu GC līmeni viņu genomā, iespējams, veicas labāk resursiem bagātā vidē, varbūt tāpēc, ka GC ir “dārgāk” ražot. Tātad organismiem ar zemāku GC saturu var labāk rīkoties vidē, kurā trūkst resursu.
- Kodona izmantošanas neobjektivitāte: kodoni ir DNS vai RNS nukleotīdu tripletu secības. Kodoni norāda, kuru aminoskābi pievienot nākamajai olbaltumvielu sintēzes laikā. Vairāki dažādi kodoni var kodēt aminoskābi, bet barības vielām bagātā vidē kodoniem, kas resursus izmanto ātrāk, jābūt aizspriedumiem pret viņu kolēģiem.
Šis pētījums ir atšķirīgs, jo tajā apskatītas visas četras šīs iezīmes, turpretī iepriekšējie pētījumi bija vērsti tikai uz vienu vai diviem no tiem. Šajā pētījumā arī apskatīts, kā šīs iezīmes darbojas sabiedrībā, turpretī iepriekšējie pētījumi izmantoja dažādas pieejas. Kā viņi saka savā dokumentā: “Mūsu pētījums ir ievērības cienīgs kā viens no pirmajiem eksperimentiem, kas saistīti ar visu ekosistēmueksperimenta līmeņa replikācija sabiedrības reakcijas metagenomiskie novērtējumi. ”
"Šis pētījums ir unikāls un spēcīgs, jo tas ņem idejas no lielu organismu ekoloģiskiem pētījumiem un piemēro tos mikrobu kopienām visas ekosistēmas eksperimentā."
Vecākais autors Džims Elsers no ASU Dzīvības zinātņu skolas
Eksperiments ilga 32 dienas un notika Lagunita dīķī Cuatro Ciénegas baseinā. Šajā laikā pētnieki veica lauka uzraudzību, paraugu ņemšanu un ikdienas ūdens ķīmiju.
Rezultāti atbilda hipotēzei: mezokosmos dominēja organismi, kuriem ir lielāka spēja replikācijā izmantot paaugstinātās barības vielas. Kontroles grupās dominēja sugas, kuras varēja samazināt bioloģisko informāciju.
"Šis pētījums ir unikāls un spēcīgs, jo tas ņem idejas no lielu organismu ekoloģiskiem pētījumiem un pielieto tos mikrobu kopienām visas ekosistēmas eksperimentā," sacīja vecākais autors Džims Elsers no ASU Dzīvības zinātņu skolas. "Šādi rīkojoties, mēs, iespējams, pirmo reizi varējām noteikt un apstiprināt, ka pastāv būtiskas genoma mēroga iezīmes, kas saistītas ar sistemātisku mikrobu reakciju uz ekosistēmas barības vielu stāvokli, neņemot vērā šo mikrobu sugas identitāti."
Šī pētījuma rezultāti mums kaut ko stāsta par to, kā dzīve varētu darboties ekstremālā un / vai barības vielu trūkuma apstākļos citās pasaulēs. Lai kur arī atrastos organisms, tam jābūt precīzi noregulētām bioloģiskās informācijas apstrādes iespējām, kas var izmantot galvenos resursus viņu vidē. Un vide, kurā viņi atrodas, noteiks, kas tā ir.
"Tas ir ļoti aizraujoši, jo tas liek domāt, ka pastāv dzīves noteikumi, kuriem vajadzētu būt vispārēji piemērojamiem dzīvībai uz Zemes un ārpus tās," sacīja Okie.
Vairāk:
- Paziņojums presei: Dzīves noteikumi: No dīķa uz āru
- Pētniecības raksts: Genomu pielāgošana informācijas apstrādē ir trofiskās stratēģijas pamatā visas ekosistēmas barības vielu bagātināšanas eksperimentā
- Saistītie pētījumi: Baktēriju kopiena, kas balstīta uz funkcionāliem gēniem, nevis sugām
