میکروارگانیسم تنفس کننده نیترات نیم نگاهی به گذشته تکامل ارائه می دهد


تصویر بیضی تیز با اشکال زرد و آبی در داخل.
بزرگنمایی / باکتریها (زرد) در سلول بزرگتر یوکاریوتی زندگی می کنند.

در اعماق دریاچه زوگ ، سوئیس ، یک میکروارگانیسم در حال شنا است که به طرز عجیبی برای “تنفس” در حال تکامل است. گروهی از محققان همکاری جدیدی را بین یوکاریوت تک سلولی ، ارگانیسم با هسته ای کاملاً مشخص که ژنوم خود را حفظ می کند و باکتری تولید کننده انرژی برای میزبان خود کشف کرده اند. اما او به جای استفاده از اکسیژن برای این کار ، از نیترات استفاده می کند.

“این بسیار عجیب است ، [newly discovered] ارگانیسم ، “یانا میلوچکا ، زیست شناس در مرکز ژنوم ماکس پلانک در کلن و نویسنده ارشد کتاب ، که در طبیعت در آغاز ماه مارس.

تیم این باکتری ها را نامگذاری کرد Candidatus Azoamicus ciliaticolaکه به معنی “دوست نیتروژن است که در مژگان زندگی می کند.” شریک آن ، مژک ، یک میکروارگانیسم است که با استفاده از مژک ، برآمدگی های کوچک شبیه مو به خارج از دیواره های سلول خود حرکت می کند. ارگانیسم میزبان بخشی از گروه مژک ها به نام Plagiopylea است.

یافتن مشارکت

در سال 2016 ، محقق در جستجوی ژنتیک به دریاچه زوگ سفر کرد. میلوکا و همسالانش نزدیک به یک دهه است که در مورد بدن آب مطالعه می کنند. این کاملا طبقه بندی شده است ، با یک لایه آب اکسیژنه در بالا ، و سپس یک لایه بدون اکسیژن نزدیک به پایین. به همین ترتیب ، ارگانیسم هایی که در اعماق شکوفا می شوند باید تکامل پیدا کنند تا بدون اکسیژن کنار بیایند.

این تیم یک بطری نمونه را به حدود 190 متر برداشته و سپس DNA همه ارگانیسم های موجود در نمونه را تعیین توالی کرد. آنها ژنوم باکتریایی را کشف کردند که حاوی مسیر متابولیکی کاملی برای تنفس نیترات است. اما این ژنوم کوچک بود و فاقد ژن کافی بود که بتواند حکایت از تعلق ارگانیسم داشته باشد که برای زنده ماندن مجبور به بازگشت به دیگری است. اندازه ژنوم مشابه ژنوم میکروارگانیسم های همزیست است که در بدن حشرات یافت می شود و شباهت های ژنتیکی زیادی دارند.

اما حشرات نمی توانند در عمیق ترین قسمت دریاچه ها زنده بمانند ، بنابراین وجود این ژنوم را توضیح نمی دهد. اگر این باکتری ها در ارگانیسم دیگری زندگی می کردند ، س obviousال واضح این بود که “چه کسی؟” محققان شروع به مطالعه آب کردند و کاندیدای احتمالی را پیدا کردند: مژه مورد نظر. اندکی قبل از قفل های COVID-19 و بسته شدن مرزها در فوریه 2020 ، تیم برای آخرین بار به دریاچه بازگشت و یک نمونه آزمایش را گرفت ، که یافته های آنها را تأیید کرد.

میلوکا گفت که در بدن یوکاریوتی ، باکتریها مانند میتوکندری سلولهای دیگر عمل می کنند – با این تفاوت که به جای استفاده از اکسیژن ، از نیترات برای تولید ATP برای میزبان خود استفاده می کند.

همزیستی بین یوکاریوت ها و باکتری ها شایع است. اما مشارکت توصیف شده توسط میلوچکا و تیم او از جهات مختلف متفاوت است. اول ، این باکتری به اندازه کافی با میزبان خود تکامل می یابد که دیگر نمی تواند از هم جدا زندگی کند – این کاملاً شنیده نشده است ، اما نادر است. به ندرت اتفاق می افتد که یک باکتری مستقیماً ATP را به میزبان خود برساند. سرانجام ، هیچ شواهدی از همکاری بین یوکاریوت ها و باکتری های متکی به تنفس نیترات و در آن توانایی استفاده از اکسیژن به طور کامل از بین رفته وجود ندارد.

میلوچکا گفت: “در حقیقت ، چنین نمونه ای در میان سیمانهای endosymbionts که امروز می شناسیم وجود ندارد.”

نیروی حرکت

یوکاریوت ها روی مژه هایشان به اطراف می چرخند. این به آنها امکان می دهد یوکاریوت ها و باکتری های دیگر را شکار کنند ، اما نیازهای انرژی آنها را در یک اکوسیستم فاقد اکسیژن افزایش می دهد و تنفس نیترات را به یک سازگاری ایده آل تبدیل می کند. “این در حال حرکت است. در حقیقت ، این فوق العاده سریع است. ” “مثل موشک است.”

تیم تحقیق مظنون بودند که این باکتری ها توانایی استفاده از اکسیژن را در گذشته دارند ، اما با سازگاری با زندگی در یک محیط بدون اکسیژن می توانستند آن را از دست بدهند. متناوباً ، ممکن است او به راحتی و به طور اتفاقی ژن را از دست داده باشد. وی گفت: “ما واقعاً نمی دانیم که این ژن عمدی بوده یا به طور اتفاقی ژن را از دست داده است.”

در هر حالت ، تیم با استفاده از آنالیز DNA و مقایسه آن با توالی ژنی مشابه محاسبه کردند که همکاری بین این دو میکروارگانیسم از 200 تا 300 میلیون سال پیش آغاز شده و از آن زمان عمیق تر شده است. اما این سوالاتی را در مورد ایجاد می کند Candidatus Azoamicus ciliaticola و میزبان آن ، زیرا دریاچه زوگ فقط در حدود 10،000 سال پیش ، در آخرین دوره بین یخبندان تشکیل شده است.

میلوچکا گفت ، با توجه به اینکه چند سال پیش مشارکت میکروارگانیسم ها تشکیل شده است ، بعید است که از دریاچه آغاز شود. این تیم ژن های شبیه باکتری را بررسی کرد و دریافت که نزدیک ترین توالی نیز در دریاچه های طبقه بندی شده مانند دریاچه زوگ وجود دارد. بنابراین ممکن است سازگاری در اصل از چنین دریاچه هایی باشد ، اگرچه اقیانوس گزینه دیگری است. وی گفت: “به نظر می رسد الگویی وجود دارد که حداقل نزدیکترین توالی نسبی در بسیاری از زیستگاههای مشابه است.”

این یافته ها پیامدهای گسترده ای دارد. آندوسیمبیوز توضیح اصلی در مورد چگونگی دریافت سلولها در ابتدا از میتوکندری است. میلیاردها سال پیش –1.45 میلیارد از برخی منابع– اشکال حیاتی تک سلولی باکتری ها را جذب می کند ، که به نوبه خود شروع به تأمین انرژی برای آنها می کند. سرانجام ، باکتری ها بخشی از سلول ها شدند.

این همکاری بین موجودات موجود در دریاچه زوگ نسبتاً جدید است. به گفته میلوکا ، این کشف ممکن است نگاهی اجمالی به شکل گیری میتوکندری در گذشته داشته باشد ، زیرا ممکن است به نوعی شبیه یک لحظه اولیه روند باشد.

مایکل گری ، استاد افتخاری گروه بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی در دانشگاه دالاهوسی در نوا اسکوشیا گفت ، این مطالعه یکی از اولین نمونه های باکتری اندوسیمبیوتیک در روند تبدیل شدن به یک اندامک است که برای میزبان خود انرژی تولید می کند. به گفته گری ، که به طور مفصل در مورد اندوسیمبیوز نوشته است ، از نظر تاریخی بسیار دشوار است که بتوانیم تصور کنیم که چگونه میتوکندری شکل گرفته است ، فقط به این دلیل که مدتها قبل اتفاق افتاده است. همینطور، Candidatus Azoamicus ciliaticola و مژه های او نمونه ای نسبتاً مدرن از چگونگی وقوع این اتفاق را ارائه می دهند.

علاوه بر این ، درک روند آندوسیمبیوز برای درک ریشه های زندگی پیچیده ضروری است. وی گفت: “این نمونه ای از کشف تصادفی است که واقعاً چشمان ما را نسبت به آنچه زیست شناسی توانایی دارد ، کمی بازتر کرد.”

طبیعت، 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-03297-6 (برای DOI).

داگ جانسون (DougcJohnson) خبرنگار مستقل کانادایی است. آثارش در مجله های نشنال جئوگرافیک ، اندارک و مجله هاکای به نمایش در آمده اند




منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*