Πόση ζέστη μπορεί να αντέξει ένα σύνθετο κύτταρο πριν πάψει να λειτουργεί; Για χρόνια οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι υπάρχει ένα όριο πέρα από το οποίο οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί –η μεγάλη ομάδα της ζωής στην οποία ανήκουν τα ζώα, τα φυτά, οι μύκητες και ο άνθρωπος– δεν μπορούν να αναπτυχθούν. Μια μικροσκοπική αμοιβάδα από τις θερμές πηγές της Καλιφόρνιας έρχεται τώρα να μετακινήσει αυτό το όριο.
Ο οργανισμός ονομάζεται Incendiamoeba cascadensis και ανακαλύφθηκε σε γεωθερμικό περιβάλλον στο Lassen Volcanic National Park. Παρά το μικροσκοπικό του μέγεθος, έχει μια εντυπωσιακή ιδιότητα: μπορεί να αναπτύσσεται και να διαιρείται σε θερμοκρασίες που μέχρι σήμερα θεωρούνταν εξαιρετικά υψηλές για ένα ευκαρυωτικό κύτταρο.
Ένα νέο ρεκόρ στους 63°C
Στα εργαστηριακά πειράματα οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η Incendiamoeba cascadensis μπορούσε να συνεχίσει την κυτταρική διαίρεση μέχρι τους 63°C. Πρόκειται για νέο καταγεγραμμένο ανώτατο όριο θερμοκρασίας για την αναπαραγωγή ευκαρυωτικού οργανισμού.
Στους 64°C η αμοιβάδα δεν συνέχιζε πλέον να πολλαπλασιάζεται, παρέμενε όμως ενεργή και μπορούσε να κινείται στο περιβάλλον της. Οι ερευνητές παρατήρησαν επίσης μερική δραστηριότητα ακόμη και σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
Το εντυπωσιακότερο αποτέλεσμα προέκυψε όταν τα κύτταρα εκτέθηκαν για σύντομο χρονικό διάστημα στους 70°C. Μετά την επιστροφή τους σε χαμηλότερη θερμοκρασία μπορούσαν να ανακάμψουν. Αντίθετα, η έκθεση στους 80°C αποδείχθηκε υπερβολική και τα κύτταρα δεν επανήλθαν.
Γιατί οι 63°C έχουν τόσο μεγάλη σημασία
Η ανακάλυψη δεν αποτελεί απλώς ένα ακόμη ρεκόρ θερμοκρασίας. Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί διαθέτουν πολύ πιο σύνθετη κυτταρική οργάνωση από τα βακτήρια και τα αρχαία. Το γενετικό τους υλικό βρίσκεται μέσα σε πυρήνα, ενώ διαθέτουν οργανίδια με μεμβράνες, όπως τα μιτοχόνδρια.
Η μεγάλη θερμότητα αποτελεί σοβαρή απειλή για αυτές τις δομές. Μπορεί να επηρεάσει τις πρωτεΐνες, τις κυτταρικές μεμβράνες και τελικά την ίδια τη λειτουργία του κυττάρου. Για τον λόγο αυτό είχε διατυπωθεί η άποψη ότι οι μεμβράνες των οργανιδίων των ευκαρυωτικών κυττάρων δύσκολα θα μπορούσαν να παραμένουν σταθερές πάνω από περίπου 60-62°C.
Η νέα αμοιβάδα δείχνει ότι αυτό το θεωρούμενο όριο δεν είναι απόλυτο.
Η «αμοιβάδα της φωτιάς»
Το όνομα Incendiamoeba cascadensis παραπέμπει στη φωτιά και στην οροσειρά Cascades, την περιοχή όπου εντοπίστηκε. Οι επιστήμονες τη χαρακτηρίζουν θερμόφιλο οργανισμό, καθώς όχι μόνο αντέχει τη ζέστη αλλά χρειάζεται υψηλές θερμοκρασίες για να αναπτυχθεί κανονικά.
Στα πειράματα η ανάπτυξή της σταματούσε σε θερμοκρασίες περίπου 40°C και χαμηλότερα, ενώ οι καλύτερες συνθήκες ανάπτυξης καταγράφηκαν περίπου στους 55-57°C. Αυτό σημαίνει ότι ένα περιβάλλον το οποίο για τον άνθρωπο θα ήταν ακραίο αποτελεί για την αμοιβάδα το φυσιολογικό της σπίτι.
Πώς προστατεύει τα κύτταρά της από τη θερμότητα
Για να καταλάβουν πώς είναι δυνατή αυτή η αντοχή, οι ερευνητές ανέλυσαν το γονιδίωμα του οργανισμού και μελέτησαν τη δραστηριότητα των γονιδίων του σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
Εντόπισαν μηχανισμούς που σχετίζονται με τη διατήρηση της σταθερότητας του DNA, την προστασία και σωστή αναδίπλωση των πρωτεϊνών και την αντίδραση του κυττάρου στις μεταβολές του εξωτερικού περιβάλλοντος.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν πρωτεΐνες που σχετίζονται με την απόκριση στο θερμικό στρες. Τέτοιοι μοριακοί μηχανισμοί μπορούν να βοηθούν το κύτταρο να εμποδίζει την καταστροφή ή τη συσσώρευση κατεστραμμένων πρωτεϊνών όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει.
Ένας μικροσκοπικός θηρευτής στις θερμές πηγές
Η Incendiamoeba cascadensis δεν επιβιώνει απλώς παθητικά μέσα στο θερμό νερό. Αποτελεί μέρος ενός ολόκληρου μικροσκοπικού οικοσυστήματος.
Τρέφεται με βακτήρια προσαρμοσμένα στις υψηλές θερμοκρασίες και φαίνεται να βρίσκεται ψηλά στη μικροσκοπική τροφική αλυσίδα του περιβάλλοντός της. Η ικανότητά της να ζει εκεί όπου ελάχιστοι άλλοι ευκαρυωτικοί οργανισμοί μπορούν να επιβιώσουν πιθανότατα της προσφέρει σημαντικό εξελικτικό πλεονέκτημα, καθώς περιορίζει τόσο τον ανταγωνισμό για τροφή όσο και την παρουσία πιθανών θηρευτών.
Ίσως να μην είναι η μοναδική
Η γενετική έρευνα έδωσε ακόμη μία ενδιαφέρουσα ένδειξη. Όταν οι επιστήμονες συνέκριναν το DNA της νέας αμοιβάδας με δεδομένα από χιλιάδες περιβαλλοντικά δείγματα, εντόπισαν συγγενικές γενετικές ακολουθίες σε άλλες γεωθερμικές περιοχές.
Παρόμοια ίχνη βρέθηκαν σε δείγματα από τη Νέα Ζηλανδία και το Yellowstone National Park στις Ηνωμένες Πολιτείες. Αυτό δημιουργεί την πιθανότητα να υπάρχουν και άλλες συγγενικές θερμόφιλες αμοιβάδες που δεν έχουν ακόμη περιγραφεί από την επιστήμη.
Με άλλα λόγια, η Incendiamoeba cascadensis μπορεί να είναι απλώς το πρώτο καλά μελετημένο μέλος μιας πολύ μεγαλύτερης ομάδας οργανισμών που παραμένει κρυμμένη στα γεωθερμικά οικοσυστήματα του πλανήτη.
Τι σημαίνει η ανακάλυψη για την αναζήτηση εξωγήινης ζωής
Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε με την υποστήριξη της NASA και έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την αστροβιολογία. Ένας από τους βασικούς στόχους αυτού του πεδίου είναι να προσδιοριστούν τα πραγματικά φυσικά και χημικά όρια μέσα στα οποία μπορεί να υπάρξει ζωή.
Όσο περισσότερα μαθαίνουμε για οργανισμούς που αντέχουν ακραία θερμοκρασία, οξύτητα, ακτινοβολία ή πίεση στη Γη, τόσο μεγαλύτερο γίνεται το εύρος των περιβαλλόντων που μπορούν να εξετάζουν οι επιστήμονες όταν αναζητούν ενδείξεις ζωής πέρα από τον πλανήτη μας.
Αυτό, βέβαια, δεν σημαίνει ότι η ανακάλυψη αποδεικνύει την ύπαρξη ζωής σε κάποιον άλλο κόσμο. Η θερμοκρασία είναι μόνο μία από τις απαραίτητες παραμέτρους. Ένας οργανισμός χρειάζεται επίσης κατάλληλη χημεία, νερό, πηγή ενέργειας, τροφή και άλλες περιβαλλοντικές συνθήκες.
Το σημαντικό είναι ότι το εύρος των συνθηκών στις οποίες γνωρίζουμε πλέον ότι μπορεί να λειτουργήσει ένα σύνθετο κύτταρο έγινε λίγο μεγαλύτερο.
Πιθανές εφαρμογές στη βιοτεχνολογία
Η μελέτη τέτοιων οργανισμών δεν ενδιαφέρει μόνο την αστροβιολογία. Οι πρωτεΐνες και τα ένζυμα που παραμένουν λειτουργικά σε υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να αποκτήσουν αξία στη βιοτεχνολογία.
Θερμοσταθερά βιολογικά μόρια μπορούν δυνητικά να χρησιμοποιηθούν σε βιομηχανικές διεργασίες, στην ανάπτυξη νέων ενζύμων, στη συνθετική βιολογία και σε τεχνολογίες όπου οι συμβατικές πρωτεΐνες χάνουν τη λειτουργικότητά τους εξαιτίας της θερμότητας.
Για τον λόγο αυτό, η κατανόηση των μηχανισμών που χρησιμοποιεί η Incendiamoeba cascadensis για να προστατεύει το DNA, τις πρωτεΐνες και τις κυτταρικές μεμβράνες της μπορεί να έχει εφαρμογές πολύ πέρα από τη μελέτη μιας μικροσκοπικής αμοιβάδας.
Τα όρια της ζωής δεν είναι τόσο σταθερά όσο νομίζαμε
Κάθε ακραίος οργανισμός που ανακαλύπτεται αναγκάζει την επιστήμη να επανεξετάσει πού ακριβώς βρίσκονται τα όρια της ζωής. Η Incendiamoeba cascadensis προσθέτει τώρα ένα ακόμη κομμάτι σε αυτό το παζλ.
Ένας μονοκύτταρος ευκαρυωτικός οργανισμός μπορεί να διαιρείται στους 63°C, να παραμένει ενεργός ακόμη υψηλότερα και να ανακάμπτει έπειτα από σύντομη έκθεση στους 70°C. Μέχρι πρόσφατα, τέτοιες θερμοκρασίες θεωρούνταν πέρα από τα γνωστά όρια για τόσο σύνθετα κύτταρα.
Η ανακάλυψη δεν μας λέει μόνο κάτι καινούργιο για μια θερμή πηγή στην Καλιφόρνια. Μας υπενθυμίζει ότι ακόμη και στη Γη υπάρχουν μορφές ζωής και μηχανισμοί επιβίωσης που δεν έχουμε ανακαλύψει – και ότι τα όρια που θεωρούμε δεδομένα μπορεί να αλλάξουν με το επόμενο μικροσκοπικό εύρημα.
Πηγές
NASA Science – NASA-Funded Research Finds Complex Life Defying Record Heat
Syracuse University – Pushing Life's Thermal Limits
Cell – A geothermal amoeba sets a new upper temperature limit for eukaryotes
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου