Naukowcy z Berkeley odkryli nowy rodzaj glonów Klasyfikować w Mono Lake, które tworzą kolonie wielokomórkowe i są gospodarzami mikrobiomu, zapewniając nowe perspektywy ewolucji organizmów wielokomórkowych.
Wypełniona arsenem i cyjankiem słona woda w jeziorze Mono we wschodniej części Sierra Nevada stwarza wyjątkowo nieprzyjazne środowisko. Z wyjątkiem obfitych krewetek solankowych i czarnych chmur muszek alkalicznych żyje tam bardzo niewiele organizmów.
Teraz badacze z Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley Naukowcy odkryli nowe stworzenie czające się w płytkich, słonych wodach jeziora, które może powiedzieć naukowcom o pochodzeniu zwierząt ponad 650 milionów lat temu.
Odkrycie glonów
Organizm to organizm jednokomórkowy, mikroskopijny organizm zdolny do dzielenia się i rozwijania w kolonie wielokomórkowe w sposób podobny do tworzenia embrionów zwierzęcych. Nie jest to jednak gatunek zwierzęcia, ale raczej członek grupy siostrzanej wszystkich zwierząt. Jako najbliższy żyjący krewny zwierząt organizm jest kluczowym modelem umożliwiającym przejście od życia jednokomórkowego do wielokomórkowego.
Co zaskakujące, algi te mają swój własny mikrobiom, co czyni je pierwszymi glonami, o których wiadomo, że tworzą stabilny fizyczny związek z bakteriami, a nie tylko je połykają. Zatem jest to jeden z najprostszych znanych organizmów posiadających mikrobiom.
Algi: wypełnianie luki w ewolucji
„Bardzo niewiele wiadomo o algach, a istnieją interesujące zjawiska biologiczne, które są nieznane” – stwierdziła Nicole King, profesor biologii molekularnej i komórkowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley oraz badacz z Instytutu Medycznego Howarda Hughesa (HHMI), który bada glony jako model wczesne życie w starożytnych oceanach „Możemy uzyskać wgląd w nie tylko wtedy, gdy zrozumiemy ich ekologię”.
Glony wodne, które zwykle można zobaczyć tylko pod mikroskopem, są często pomijane przez biologów wodnych, którzy zamiast tego skupiają się na mikroskopijnych zwierzętach, glonach fotosyntetyzujących lub bakteriach. Jednak ich biologia i styl życia mogą dać wgląd w stworzenia, które istniały w oceanach, zanim wyewoluowały zwierzęta i które ostatecznie dały początek zwierzętom. W szczególności ten gatunek może rzucić światło na pochodzenie interakcji między zwierzętami i bakteriami, które dały początek ludzkiemu mikrobiomowi.
„Zwierzęta ewoluowały w oceanach pełnych bakterii” – mówi King. „Jeśli pomyślisz o drzewie życia, wszystkie żyjące obecnie organizmy są ze sobą powiązane w czasie ewolucji. Jeśli zatem przeanalizujemy organizmy żyjące dzisiaj, będziemy w stanie zrekonstruować to, co wydarzyło się w przeszłości”.
King i jej współpracownicy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley opisali organizm, któremu nadali nazwę Baroica Monocera, Po jeziorze – w artykule naukowym opublikowanym w czasopiśmie Mbio.
W jeziorze Mono odkryto nowy gatunek organizmu o nazwie Barroeca monosierra. Kolonie tych organizmów składają się z wielu identycznych komórek (cyjan), każda z wiciami (zielonymi), które pozwalają im poruszać się w wodzie. Ta kolonia Canophagellite posiada własny mikrobiom (czerwony), coś, czego nigdy wcześniej nie widziano u tych organizmów. Macierz pozakomórkowa, z którą oddziałują bakterie, jest pokazana na biało. Prawa autorskie: Davis Laundon i Paweł Burkhardt, Centrum SARS, Norwegia; Kent McDonald i Nicole King z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley
Wnioski z niesamowitego odkrycia
Prawie dziesięć lat temu Daniel Richer, wówczas absolwent Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, wrócił z pieszej wycieczki po wschodniej części Sierra Nevada z butelką wody z jeziora Mono, którą zebrał po drodze. Pod mikroskopem woda była pełna glonów. Z wyjątkiem krewetek solankowych, muchówek i różnych gatunków nicieni, w niegościnnych wodach jeziora istnieje niewiele innych form życia.
„Było tam pełno tych dużych, pięknych kolonii glonów. To znaczy była to największa, jaką kiedykolwiek widzieliśmy” – powiedział King.
Kolonie składające się z około 100 identycznych komórek wici utworzyły pustą kulę, która wirowała i obracała się, gdy każda pojedyncza komórka kopała swoją wici.
„Jedną z interesujących cech tych kolonii jest to, że mają kształt podobny do blastocysty – pustej kuli komórek, która tworzy się na wczesnym etapie rozwoju zwierzęcia” – powiedział King. Chcieliśmy dowiedzieć się więcej na ten temat.”
W tym czasie król był jednak zajęty Inne gatunki SchwannosJak je nazywasz, ryby z jeziora Mono leżały w lodówce, dopóki niektórzy uczniowie nie wytrzeźwieli i pokolorowali je, aby spojrzeć na ich niezwykłe chromosomy o okrągłym kształcie. Co ciekawe, on też tam był DNA Wewnątrz kolonii jest pustka, w której nie powinno być komórek. Po dalszym badaniu absolwentka Kylie Huck stwierdziła, że to bakterie.
Badanie glonów i bakterii
„Bakterie były wielką niespodzianką. To było naprawdę interesujące” – powiedział King.
Haack odkrył także struktury łączne, zwane macierzą zewnątrzkomórkową, w kulistej kolonii wydzielanej przez rybę shewan. Dopiero wtedy Huckowi i Kingowi przyszło do głowy, że mogą to nie być pozostałości bakterii, którymi żywią się schwanno, ale raczej bakterie, które żyją i żywią się tym, co wydala kolonia.
„Nikt nigdy nie opisał glonów, które wchodzą w stabilną fizyczną interakcję z bakteriami” – powiedziała. „W naszych poprzednich badaniach odkryliśmy, że algi reagują na małe cząsteczki bakterii unoszące się w wodzie lub… [that] „Shawano zjadali bakterie, ale nie było przypadku, aby robili coś, co mogłoby stanowić potencjalną symbiozę. Lub, w tym przypadku, mikrobiom”.
Przyszłe badania i implikacje
King współpracował z Jill Banfield, pionierką biogenomiki i profesorem nauk o środowisku, polityki i zarządzania oraz nauk o Ziemi i planetach na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, aby zidentyfikować rodzaje bakterii występujących w wodzie i rafach koralowych. Biogenomika polega na sekwencjonowaniu DNA próbki środowiskowej w celu rekonstrukcji genomów żyjących tam organizmów.
Po tym, jak laboratorium Banfielda zidentyfikowało drobnoustroje w wodach jeziora Mono, Haack stworzył sondy DNA w celu identyfikacji drobnoustrojów występujących również w rafach koralowych. King stwierdził, że grupy bakterii nie były identyczne, więc niektóre bakterie najwyraźniej przeżyły lepiej niż inne w jamie pozbawionej tlenu kolonii koralowców. Huck uznał, że te bakterie nie znalazły się tam przypadkowo; Przeciwnie, rósł i dzielił się. Być może uciekały przed toksycznym środowiskiem laguny, miał nadzieję King, a może w koralowcach rozwijały się bakterie, które można było zjeść.
Przyznaje, że wiele z tych informacji to spekulacje. Przyszłe eksperymenty powinny ujawnić, w jaki sposób bakterie oddziałują z glonami. Poprzednie prace w jej laboratorium wykazały już, że bakterie działają jak afrodyzjak, stymulując rozmnażanie się glonów i że bakterie są w stanie stymulować jednokomórkowe glony do łączenia się w kolonie.
Dla niej bruzdnice z jeziora Mono staną się kolejnym modelowym systemem do badania ewolucji, podobnie jak bruzdnice żyjące w słonych stawach na karaibskiej wyspie Curaçao – na której obecnie skupia się głównie – oraz bruzdnice w akwariach Arktyki i ten południowy. Jednakże uzyskanie większej liczby próbek z jeziora Mono może być trudne. Podczas niedawnej wizyty tylko sześć na 100 próbek zawierało te aktywne mikroorganizmy.
„Myślę, że jest dużo więcej do zrobienia, jeśli chodzi o życie mikrobiologiczne w jeziorze Mono, ponieważ naprawdę wspiera ono wszystko inne w ekosystemie” – stwierdził King. „Jestem podekscytowany Do. Monocera „To nowy model badania interakcji między eukariontami i bakteriami. Mam nadzieję, że powie nam coś o ewolucji. Ale nawet jeśli tak nie jest, uważam, że jest to fascynujące zjawisko”.
Odniesienie: „Duża kolonia glonów z jeziora Mono zawiera żywe bakterie” autorstwa K.H. Hake, P.T. Westa i K. McDonalda i D. Laundona i J. Reyes-Rivera i A. Garcia De Las Bayonas i C. Fenga i P. Burkhardt, D. J. Richter, J. F. Banfield i N. Króla, 14 sierpnia 2024 r. Mbio.
DOI: 10.1128/mbio.01623-24
Prace te wspierają Instytut Medyczny Hughes i Narodowa Fundacja Nauki.
„Podróżujący ninja. Rozrabiaka. Badacz bekonów. Ekspert od ekstremalnych alkoholi. Obrońca zombie.”
