Padł nowy rekord wytrzymałości. Ten organizm drwi z temperatur

Wysokie temperatury to zabójstwo dla życia. Powodują zniszczenie niezbędnych składników komórkowych o złożonych strukturach, takich jak jądro komórkowe, które zawierają delikatną informację genetyczną.

Tymczasem w rozgrzanych wodach kalifornijskiego Parku Narodowego Wulkanu Lassen zespół naukowców zaobserwował amebę, która może rozmnażać się przez podział w zdumiewającej temperaturze 63 stopni Celsjusza. Zabójcza okazała się dla niej dopiero temperatura 80 stopni Celsjusza.

Tym samym padł rekord górnej granicy temperatury dla wszystkich znanych eukariontów. Eukarionty to organizmy żywe, których komórki posiadają jądro komórkowe mieszczące materiał genetyczny oraz błonowe organelle.

Incendiamoeba cascadensis, zwana również amebą ognistą, przestaje się rozmnażać powyżej 64 stopni Celsjusza, ale nadal jest aktywna, przemieszczając się w poszukiwaniu pożywieni. Poprzednia granica 60 stopni Celsjusza dla eukariontów należała do kilka gatunków grzybów i krasnorostów. Wyniki tych przełomowych badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie Cell.

Astrobiolodzy od dawna badają granice przetrwania życia na Ziemi, aby określić, jak organizmy mogłyby żyć na innych planetach, takich jak Mars, gdzie warunki są mniej sprzyjające niż na naszej rodzimej planecie. Organizmy, które przetrwają na granicy możliwości życia w ekstremalnych temperaturach, przy wysokim pH, promieniowaniu i innych warunkach środowiskowych, nazywane są ekstremofilami.

Ich badanie pomaga naukowcom zrozumieć, do czego zdolne jest życie, jakie znamy. Ekstremofile produkują również unikatowe białka, które mogą mieć obiecujące zastosowania w biotechnologii, od zastosowań przemysłowych po medycynę.

Wcześniejsze badania nad ekstremofilami koncentrowały się głównie na jednokomórkowych bakteriach i archeonach. Nowe badanie pokazuje, że bardziej złożone komórki eukariontów mogą być trwalsze, niż wcześniej sądzono, a nawet mogą pomóc naukowcom zrozumieć miejsca we wszechświecie, w których mogłoby przetrwać złożone życie.

Życie na Ziemi zasadniczo dzieli się na dwie kategorie: prokarionty i eukarionty. Prokarionty to organizmy jednokomórkowe, które nie posiadają jądra komórkowego ani organelli otoczonych błoną komórkową wewnątrz pojedynczej komórki. Oznacza to, że mają mniej maszynerii komórkowej, która może zostać uszkodzona przez ekstremalne warunki, takie jak palące upały, przenikliwe zimno, żrące kwasy czy szkodliwe promieniowanie.

Organizmy żyjące w ekstremalnie wysokich temperaturach nazywane są termofilami. Aby być prawdziwym ciepłolubnym termofilem, organizm musi być zdolny do replikacji, poruszania się, odżywiania i przetrwania w temperaturze powyżej 45 stopni Celsjusza.

Do prokariontów zaliczają się bakterie i archeony, przy czym archeony są szczególnie zdolne do przetrwania w ekstremalnych warunkach. Ze względu na swoją względną prostotę, naukowcy uważają również, że prokarionty były pierwszymi formami życia, które pojawiły się na Ziemi miliardy lat temu, gdy środowisko naszej planety było znacznie bardziej niegościnne niż obecnie.

Eukarionty to bardziej złożone organizmy, które wyewoluowały później w historii życia na Ziemi. Organizmy te posiadają oddzielne jądro komórkowe wewnątrz komórek, które zawiera delikatną informację genetyczną. Eukarionty zawierają również organelle otoczone błoną, takie jak mitochondria i siateczka śródplazmatyczna. Organelle te przypominają miniaturowe maszyny komórkowe, pełniące określone funkcje. Eukarionty obejmują szeroki zakres życia, od jednokomórkowych glonów po organizmy wielokomórkowe, takie jak rośliny i ludzie.

Wysokie temperatury prowadzą do rozpadu białek i innych biocząsteczek niezbędnych żywym komórkom do funkcjonowania. Ciepło może również powodować pękanie błon komórkowych, a tym samym niszczenie komórek. Sugerowano, że błony organelli u eukariontów nie mogą być stabilne w temperaturze powyżej 62 stopni Celsjusza. Odkrycie I. cascadensis dowodzi, że to założenie jest błędne.

Zespół zsekwencjonował genom I. cascadensis, badając ekspresję genów w różnych temperaturach. Odkryto wiele genów, które pomagają amebie stabilizować DNA i chronić je przed rozpadem. Inne geny umożliwiają organizmom wyczuwanie środowiska zewnętrznego. W wysokich temperaturach wzrosła również ekspresja niektórych genów, w tym tych odpowiedzialnych za utrzymanie fałdowania białek.

Zespół porównał również informacje genetyczne z innych badań na całym świecie. W tym zbiorze danych znaleźli podobne fragmenty DNA z próbek geotermalnych z miejsc takich jak Nowa Zelandia i Park Narodowy Yellowstone. Oznacza to, że inne termofilne ameby spokrewnione z I. cascadensis mogą żyć na całym świecie i tylko czekać na odkrycie.

Ziemia jest jedyną znaną nam planetą, na której istnieje życie. Aby życie, jakie znamy, mogło przetrwać na innych planetach w Układzie Słonecznym lub poza nim, organizmy mogą musieć radzić sobie w warunkach środowiskowych bardzo różniących się od tych, które występują u nas.

Badanie to zwiększa naszą wiedzę na temat tego, gdzie i w jaki sposób życie złożone z komórek mogłoby przetrwać na Ziemi i poza nią.

Skontaktował się z nami prof. Łukasz Kruszewski z Instytut Nauk Geologicznych Polskiej Akademii Nauk. Naukowiec przypomniał, że istnieje wiele organizmów, głównie bakterii, które nie tylko przeżywają w temperaturze rzędu 120 stopni C, ale nawet ich optimum życiowe jest wyższe niż wymieniana w artykule temperatura 80 stopni C.

Jednym z takich organizmów jest Pyrococcus furiosus, heterotroficzny archeon, który do życia potrzebuje środowiska pozbawionego tlenu. Należy do hipertermofili, czyli organizmów przystosowanych do funkcjonowania w wyjątkowo wysokich temperaturach. Jego optimum wzrostu wynosi około 100 stopni C, a więc w warunkach, które dla większości znanych organizmów byłyby zabójcze.

Nazwa Pyrococcus oznacza po grecku kulę ognia, nawiązując do okrągłego kształtu ekstremofila i jego zdolności do wzrostu w temperaturach około 100 stopni Celsjusza. Nazwa gatunkowa furiosus oznacza po łacinie pędzący i odnosi się do czasu podwojenia masy ciała i szybkiego pływania ekstremofila.