Биологи Сиракузского университета изучают, как микробные эукариоты процветают в суровых условиях геотермальных озер. По оценкам, на Земле существует около 8,7 миллионов видов эукариот. Эукариоты характеризуются наличием ядра и других мембраносвязанных органелл внутри клетки. Хотя люди часто ассоциируют эукариотов с животными и растениями, на самом деле эти формы эукариотов составляют только две из шести основных категорий эукариот.

Оливерио и Раппапорт провели лето, проводя полевые исследования в калифорнийском вулканическом национальном парке Лассен, где обитает множество гидротермальных форм рельефа. Источник: Сиракузский университет.

Большую часть разнообразия эукариот составляют одноклеточные микроорганизмы, называемые протистами. Изучая эти организмы, ученые смогут изучить пути эволюции, объясняющие богатое разнообразие и сложность эукариот. Благодаря этим исследованиям мы можем узнать о развитии животной жизни на Земле, например, о появлении многоклеточности.

Пока исследователи работают над тем, чтобы лучше понять механизмы эволюции видов на Земле, остаются вопросы о том, как микробные эукариоты адаптируются к экстремальным условиям Земли. Чтобы глубже разобраться в этом вопросе, ученые биологического факультета Колледжа искусств и наук (A&S) в настоящее время изучают местные организмы, населяющие одни из самых суровых условий на Земле: чрезвычайно горячие и кислые геотермальные озера.

Биологи A&S Анджела Оливерио (слева) и Ханна Раппапорт на самом большом геотермальном озере в США в вулканическом национальном парке Лассен в Калифорнии. Источник изображения: Сиракузский университет.

Команда под руководством доцента кафедры биологии Анджелы Оливерио недавно вернулась из вулканического национального парка Лассен в Калифорнии, где находится самое большое геотермальное озеро в Соединенных Штатах.

«Озеро представляет собой геотермальный объект, нагреваемый парами сульфатов кислот, что означает, что оно одновременно довольно горячее (около 52°C/124°F) и кислое (около pH 2)», — сказал Оливерио, который начнет работать в Сиракузском университете в 2022 году. «Это делает его уникальной средой для изучения мультиэкстремальных ацидофилов, то есть организмов, адаптированных к двум или более экстремальным условиям — в данном случае к высокой температуре и низкому pH».

Так откуда же они узнали, что нужно искать микробную эукариотическую жизнь в термальном озере в Калифорнии? Недавно Оливерио и Ханна Раппапорт, исследователь из лаборатории Оливерио, совместно опубликовали исследовательскую работу в журнале Nature Communications. В этой статье исследовательская группа создала базу данных, включающую предыдущие исследования по поиску микробной эукариотической жизни в экстремальных условиях. В частности, они проанализировали, какие эукариотические линии были обнаружены несколько раз в разных исследованиях в одинаковых условиях окружающей среды.

Изображение амебы (круглая серая капля на заднем плане) и красных водорослей (четыре белых овала на переднем плане), сделанное Ханной Раппапорт с помощью светового микроскопа. Образцы были взяты из геотермального озера в вулканическом национальном парке Лассен. Источник изображения: Сиракузский университет.

«Мы обнаружили, что существует несколько штаммов амеб, которые обычно обитают в условиях чрезвычайно высоких температур», — сказал Оливерио. «Это говорит о том, что изучение этих штаммов может иметь серьезные последствия для того, как эукариотические клетки адаптируются к жизни в условиях чрезвычайно высоких температур».

По словам Оливерио, специального исследования, проведенного Лабораторией Гордона Вульфа Калифорнийского государственного университета, Чико показало, что в геотермальном озере в национальном парке Лассен в изобилии обитает тип амебы, называемый термомебой. Однако геномных данных по этому организму в настоящее время нет. Определение того, как это существо адаптировалось к таким экстремальным условиям, могло бы расширить наше понимание того, какие типы среды во Вселенной подходят для жизни.

Прошлым летом Оливерио и Раппапорт отправились в национальный парк Лассен, чтобы узнать больше об этом особом протисте и найти других новых экстремофильных эукариот. На берегу озера команда использовала длинный бамбуковый шест с прикрепленной к нему 1-литровой бутылкой для сбора образцов — немалый подвиг, учитывая, что температура воды в озере значительно превышает 100 градусов по Фаренгейту. Затем бутылки были отправлены обратно в лабораторию Оливерио в Сиракузском университете, где сейчас команда изолирует отдельные клетки для секвенирования генома и наблюдения за характеристиками амебы под микроскопом.

Исследователь Сиракузского университета Ханна Раппапорт окунула бутылки в горячее озеро, чтобы собрать образцы. Из-за теплой температуры воды и нестабильного грунта исследователи должны соблюдать безопасную дистанцию ​​при сборе образцов. Источник изображения: Сиракузский университет.

Хотя многое еще неизвестно о том, как эукариоты адаптируются к экстремальным условиям, Оливерио надеется, что это исследование поможет заполнить некоторые существующие пробелы в знаниях.

Изображение амебы (круглая серая капля на заднем плане) и красных водорослей (четыре белых овала на переднем плане), сделанное Ханной Раппапорт с помощью светового микроскопа. Образцы были взяты из геотермального озера в вулканическом национальном парке Лассен.

«Мы подозреваем, что в этой морфологии амебы есть что-то особенное, что позволяет ей сохраняться в эукариотических линиях, но механизм остается неизвестным», — сказала она. «Основываясь на нашем исследовании, мы предполагаем, что горизонтальный перенос генов (перемещение генетической информации между организмами) и обрезка генома (когда геном удаляет ненужные ему гены) от бактерий, а также расширение особенно полезных семейств генов могут быть несколькими способами, с помощью которых протисты приобретают набор инструментов для выживания в экстремальных условиях».

Открытие команды в масштабе генома предоставит важные недостающие данные для реконструкции древа жизни. «Это еще больше углубит наше понимание распространения и эволюции жизни на Земле».