Vis labiau augantis ekstremofilų supratimas čia Žemėje atvėrė naujas galimybes astrobiologijoje. Mokslininkai dar kartą pažvelgia į išteklių neturinčius pasaulius, kurie atrodė kaip niekad negalintys palaikyti gyvybės. Viena tyrėjų komanda tiria maistinių medžiagų neturintį Meksikos regioną, norėdama suprasti, kaip organizmai klesti sudėtingoje aplinkoje.
Tyrėjai dirbo Meksikos regione, vadinamame Cuatro Ciénegas baseinu. Maždaug prieš 43 milijonus metų baseinas buvo sekli jūra, kol jis nebuvo izoliuotas nuo Meksikos įlankos. Tai išskirtinis regionas, nes jame trūksta maistinių medžiagų ir jame gyvena vandens mikrobai, turintys senovės protėvius.
Pagrindinis naujojo tyrimo autorius yra Jordanas Okei iš Arizonos valstijos universiteto Žemės ir kosmoso tyrinėjimų mokyklos. Tyrimo pavadinimas yra „Genominiai pritaikymai informacijos apdorojimui yra trofinės strategijos pagrindas visos ekosistemos maistinių medžiagų praturtinimo eksperimente“. Jis paskelbtas žurnale „eLIFE“.
Tyrime pagrindinis dėmesys skiriamas organizmo genomui ir pagrindiniams jo aspektams, tokiems kaip organizmo dydis, būdas, kuriuo jis užkoduoja informaciją, ir informacijos tankis. Tyrėjai tyrė, kaip šios savybės leidžia organizmui klestėti ekstremalioje aplinkoje, kaip kad Cuatro Ciénegas baseine. Tam tikra prasme baseinas yra ankstyvojo žemės paviršiaus ar senovės šlapio Marso analogas.
„Šioje zonoje trūksta maistinių medžiagų, todėl daugelyje jos ekosistemų dominuoja mikrobai ir ji gali būti panaši į ekosistemas nuo ankstyvosios Žemės, taip pat su ankstesne drėgnesne Marso aplinka, kuri galėjo palaikyti gyvybę“, - teigė pagrindinis autorius Okie.
Viskas, ką daro organizmas, kainuoja, o organizmai, vykdydami savo verslą, daro daug kompromisų. Šie kompromisai daro įtaką organizmo biocheminės informacijos apdorojimo efektyvumui. Organizmas, prisitaikęs prie maistingų aplinkų ir išsivystęs aplinkoje, gali būti „neinvestavęs“ į galimybę panaudoti didelius išteklius, kad galėtų daugintis.
Tai buvo komandos hipotezė ir jie sugalvojo eksperimentus jai ištirti.
Vyresnysis šio tyrimo autorius yra docentas Christopheris Dupontas iš J. Craigo Venterio instituto. Pranešime spaudai Dupontas teigė: „Mes sukėlėme hipotezę, kad mikroorganizmai, rasti oligotrofinėje (mažai maistinių medžiagų) aplinkoje, būtinai pasikliautų mažai išteklių reikalaujančiomis DNR replikacijos, RNR transkripcijos ir baltymo vertimo strategijomis. Atvirkščiai, kopiotrofinė (daug maistinių medžiagų) aplinka palaiko daug išteklių reikalaujančias strategijas. “
Eksperimento metu buvo nustatytos miniatiūrinės ekosistemos, vadinamos „mezokosmais“. Tuomet organizmai buvo šeriami padidėjusiu kiekiu trąšų, turinčių azoto ir fosforo. Šie elementai paskatino padidėjusį mezokosmų viduje esančių mikroorganizmų augimą. Eksperimento pabaigoje jie atrodė, kaip organizmų bendruomenė reaguoja į padidėjusias maistines medžiagas, palyginti su kontrolinėmis grupėmis.
Savo tyrime autoriai sutelkė dėmesį į keturis bruožus, kurie valdo organizmo sugebėjimą apdoroti biologinę informaciją savo ląstelėse:
- Baltymų biosintezei būtinų genų daugybė: Copiotrofuose arba organizmuose, prisitaikytuose prie turtingos maistinių medžiagų aplinkos, turėtų būti didesnis genų skaičius, kurie prisideda prie didesnio augimo greičio. Tačiau tai yra kompromisas: jie yra nepalankioje aplinkoje, kurioje trūksta maistinių medžiagų, ir dėl didesnio jų pakartojimo greičio gali sumažėti jų augimo efektyvumas.
- Genomo dydis: Organizmui, kurio genomas mažesnis, reikia mažiau išteklių replikacijai, o jo ląstelės yra mažesnės. Po santykinio maistinių medžiagų gausumo šie organizmai gali greičiau reaguoti į maistinių medžiagų stoką.
- Guanino ir citozino kiekis: Guaninas ir citozinas yra nukleotidų bazės. Mokslininkai nėra tiksliai įsitikinę, kodėl, bet organizmai, kurių genomas turi didelį GC lygį, greičiausiai daro geresnę aplinką turinčioje aplinkoje, galbūt todėl, kad GC gaminti yra „brangiau“. Taigi organizmai, turintys mažesnį GC kiekį, gali geriau atlikti aplinką, kur trūksta išteklių.
- Kodono panaudojimo paklaida: kodonai yra DNR arba RNR nukleotidų trigubų seka. Kodonai nurodo, kurią aminorūgštį pridėti šalia baltymų sintezės metu. Keli skirtingi kodonai gali koduoti aminorūgštį, tačiau turtingoje maistinių medžiagų aplinkoje kodonai, kurie greičiau naudoja išteklius, turėtų būti šališkesni už savo kolegas.
Šis tyrimas yra skirtingas, nes jame nagrinėjami visi keturi šie bruožai, tuo tarpu ankstesniuose tyrimuose daugiausia dėmesio buvo skiriama tik vienam ar dviem iš jų. Šiame tyrime taip pat nagrinėjama, kaip šie bruožai veikia bendruomenėje, tuo tarpu ankstesniuose tyrimuose buvo laikomasi skirtingų požiūrių. Kaip sakoma savo dokumente, „Mūsų tyrimas yra pastebimas kaip vienas pirmųjų visos ekosistemos eksperimentųpakartotas eksperimento lygiu metagenominiai bendruomenės reakcijos vertinimai. “
„Šis tyrimas yra unikalus ir galingas, nes jis paima idėjas iš ekologiškų didelių organizmų tyrimų ir pritaiko jas mikrobų bendruomenėms atliekant visos ekosistemos eksperimentą“.
Vyresnysis autorius Jimas Elseris, ASU gyvybės mokslų mokykla
Eksperimentas truko 32 dienas ir vyko Lagunitos tvenkinyje Cuatro Ciénegas baseine. Tuo metu tyrėjai vykdė stebėjimą lauke, mėginių ėmimą ir įprastą vandens chemiją.
Rezultatai atitiko hipotezę: mezokosmuose vyravo organizmai, turintys didesnį pajėgumą dauginti maistines medžiagas. Kontrolinėse grupėse dominavo rūšys, galinčios apdoroti biologinę informaciją mažesnėmis sąnaudomis.
„Šis tyrimas yra unikalus ir galingas, nes jis paima idėjas iš ekologiškų didelių organizmų tyrimų ir pritaiko jas mikrobų bendruomenėms atliekant visos ekosistemos eksperimentą“, - teigė vyresnysis autorius Jim Elser iš ASU Gyvybės mokslų mokyklos. „Tai darydami, mes galbūt pirmą kartą nustatėme ir patvirtinome, kad yra pagrindiniai genomo bruožai, siejami su sisteminiu mikrobų atsaku į ekosistemos maistinių medžiagų būklę, neatsižvelgiant į tų mikrobų rūšį.
Šio tyrimo rezultatai mums papasakoja apie tai, kaip gyvenimas gali veikti ekstremalioje ir (arba) maistinių medžiagų trūkumo aplinkoje kituose pasauliuose. Kad ir kur būtų organizmas, jis turi turėti tiksliai suderintas biologinės informacijos apdorojimo galimybes, kurios galėtų išnaudoti svarbiausius išteklius jų aplinkoje. O aplinka, kurioje jie atsiduria, lems, kas tai yra.
„Tai labai jaudina, nes leidžia manyti, kad egzistuoja gyvenimo taisyklės, kurios turėtų būti paprastai taikomos gyvenimui Žemėje ir už jos ribų“, - sakė Okie.
Daugiau:
- Pranešimas spaudai: Gyvenimo taisyklės: Nuo tvenkinio iki anapus
- Tyrimo dokumentas: Genominiai pritaikymai informacijos apdorojimui yra trofinės strategijos pagrindas visos ekosistemos maistinių medžiagų praturtinimo eksperimente
- Susiję tyrimai: Bakterijų bendruomenės surinkimas paremtas funkciniais genais, o ne rūšimis
