Dünyadaki ekstremofiller hakkındaki artan anlayışımız astrobiyolojide yeni olanaklar yarattı. Bilim adamları, hayatı asla destekleyemeyecekmiş gibi görünen, kaynak bakımından fakir dünyalara bir kez daha bakıyorlar. Bir araştırmacı ekibi, organizmaların zorlu ortamlarda nasıl geliştiğini anlamaya çalışmak için Meksika'nın besin açısından fakir bir bölgesini inceliyor.
Araştırmacılar Meksika'nın Cuatro Ciénegas Havzası adlı bir bölgesinde çalıştı. Yaklaşık 43 milyon yıl önce havza, Meksika Körfezi'nden izole edilene kadar sığ bir denizdi. Bu farklı bir bölge çünkü hem besin açısından fakir hem de eski soylu su mikroplarına ev sahipliği yapıyor.
Yeni çalışmanın baş yazarı Arizona Eyalet Üniversitesi Yer ve Uzay Araştırmaları Okulu'ndan Jordan Okei. Çalışmanın başlığı “Bilgi işlemedeki genomik uyarlamalar, bir bütün ekosistem besin zenginleştirme deneyinde trofik stratejiyi desteklemektedir.” ELIFE dergisinde yayınlandı.
Çalışma, bir organizmanın genomu ve bunun organizmanın büyüklüğü, bilgiyi kodlama şekli ve bilginin yoğunluğu gibi temel yönlerine odaklanmaktadır. Araştırmacılar, bu özelliklerin bir organizmanın Cuatro Ciénegas Havzası'ndaki gibi aşırı bir ortamda nasıl gelişmesine izin verdiğini inceledi. Bazı açılardan, havza erken Dünya ya da eski, ıslak Mars için bir analog.
“Bu alan besinlerde o kadar fakir ki, ekosistemlerinin çoğuna mikroplar hakimdir ve erken Dünya'dan gelen ekosistemlerle ve Mars'ta yaşamı destekleyebilecek daha eski ortamlarla benzerlik gösterebilir” diyor baş yazar Okie.
Bir organizmanın yaptığı her şeye bir maliyet vardır ve organizmalar işleriyle ilgili birçok ödünleşim yapar. Bu değiş tokuşlar bir organizmanın biyokimyasal bilgi işlemesinin verimliliğini etkiler. Besin açısından fakir bir ortama adapte olan ve evrimleşen bir organizma, kendini çoğaltmak için büyük miktarda kaynak kullanma yeteneğine “yatırım yapmamış” olabilir.
Takımın hipotezi buydu ve araştırmak için deneyler yaptılar.
J. Craig Venter Enstitüsü'nden Doçent Christopher Dupont bu çalışmanın kıdemli yazarıdır. Bir basın bülteninde Dupont, “Oligotrofik (düşük besleyici) ortamlarda bulunan mikroorganizmaların, zorunlu olarak, DNA replikasyonu, RNA transkripsiyonu ve protein çevirisi için düşük kaynak stratejilerine dayanacağını varsaydık. Bunun aksine, kopiotrofik (yüksek besinli) bir ortam, kaynak yoğun stratejileri desteklemektedir. ”
Deney, “mezocosms”, minyatür ekosistemlerin kurulmasını içeriyordu. Organizmalar daha sonra azot ve fosfor içeren yüksek seviyeli gübre ile beslendi. Bu elementler mezokomların içindeki mikroorganizmalarda büyümeyi arttırdı. Deneyin sonunda organizma topluluğunun kontrol grubuna kıyasla artan besin maddelerine nasıl tepki verdiğini gördüler.
Çalışmalarında yazarlar, bir organizmanın hücrelerinde biyolojik bilgileri işleme yeteneğini yöneten dört özelliğe odaklandı:
- Protein biyosentezi için gerekli olan genlerin çokluğu: Kopiotroflar veya besin açısından zengin ortamlara adapte edilen organizmalar, daha fazla büyüme oranlarına katkıda bulunan daha fazla sayıda gen içermelidir. Ancak bir değiş tokuş var: besin açısından fakir ortamlarda dezavantajlı durumdalar ve daha yüksek çoğaltma oranları büyüme verimliliklerini azaltabilir.
- Genom boyutu: Daha küçük bir genomu olan bir organizmanın çoğaltılması için daha az kaynağa ihtiyacı vardır ve daha küçük bir hücre boyutuna sahiptir. Bu organizmalar, göreceli besin bolluğu döneminden sonra besin açısından fakir koşullara daha hızlı tepki verebilir.
- Guanin ve sitozin içeriği: Guanin ve sitozin nükleotid bazlarıdır. Bilim adamları neden tam olarak emin değiller, ancak genomlarında yüksek GC seviyelerine sahip organizmalar muhtemelen kaynak açısından zengin ortamlarda daha iyi sonuç verir, çünkü GC'nin üretilmesi daha “pahalı” olduğu için. Bu nedenle, daha düşük GC içeriğine sahip organizmalar, kaynak bakımından fakir ortamlarda daha iyisini yapabilir.
- Kodon kullanım yanlılığı: Kodonlar, DNA veya RNA nükleotid üçüzlerinin dizileridir. Kodonlar, protein sentezi sırasında bir sonraki amino asidin ekleneceğini belirtir. Birden fazla farklı kodon bir amino asidi kodlayabilir, ancak besin açısından zengin bir ortamda, kaynakları daha hızlı kullanan kodonların muadillerine karşı önyargılı olması gerekir.
Bu çalışma farklıdır, çünkü bu özelliklerin dördüne de bakarken, önceki çalışmalar sadece bir veya ikisine odaklanmıştır. Bu çalışma aynı zamanda bu özelliklerin bir toplulukta nasıl çalıştığına bakarken, önceki çalışmalar farklı yaklaşımlar aldı. Makalelerinde söyledikleri gibi, “Çalışmamız ilk ekosistem deneylerinden biri olarak dikkat çekiyordeneme düzeyinde çoğaltılmış toplum tepkisinin metagenomik değerlendirmeleri. ”
“Bu çalışma eşsiz ve güçlü çünkü büyük organizmaların ekolojik çalışmasından fikirler alıyor ve bunları bir bütün ekosistem denemesinde mikrobiyal topluluklara uyguluyor.”
Kıdemli Yazar Jim Elser, ASU Yaşam Bilimleri Okulu
Deney 32 gün sürdü ve Cuatro Ciénegas Havzası'ndaki Lagunita göletinde yapıldı. Bu süre boyunca araştırmacılar saha izleme, örnekleme ve rutin su kimyası yaptılar.
Sonuçlar hipotezle uyumluydu: mezokomlar çoğalmada artan besin maddelerini kullanma kapasitesi daha yüksek olan organizmalar tarafından baskın hale geldi. Kontrol gruplarına biyolojik bilgiyi düşük maliyetle işleyebilen türler hakimdir.
ASU Yaşam Bilimleri Okulu'ndan kıdemli yazar Jim Elser, “Bu çalışma eşsiz ve güçlü çünkü büyük organizmaların ekolojik çalışmasından fikirler alıyor ve bunları bir ekosistem denemesinde mikrobiyal topluluklara uyguluyor” dedi. “Bunu yaparak, belki de ilk kez, bu mikropların tür kimliğine bakılmaksızın, ekosistem besin durumuna sistematik mikrobiyal tepkilerle ilişkili temel genomewide özellikler olduğunu tespit edip teyit edebildik.”
Bu çalışmanın sonuçları bize hayatın diğer dünyalardaki aşırı ve / veya besin açısından fakir ortamlarda nasıl işleyebileceği hakkında bir şeyler anlatıyor. Bir organizma nerede olursa olsun, ortamlarındaki önemli kaynaklardan yararlanabilecek ince ayarlı biyolojik bilgi işleme yeteneklerine sahip olmalıdır. Ve içinde bulundukları ortamlar bunların ne olduğunu belirleyecektir.
“Bu çok heyecan vericidir, çünkü dünyadaki ve ötesindeki yaşam için genel olarak uygulanabilir olması gereken yaşam kuralları olduğunu düşündürmektedir,” dedi Okie.
Daha:
- Basın Bülteni: Yaşam kuralları: Göletten öteye
- Araştırma Raporu: Bilgi işlemedeki genomik uyarlamalar, bir bütün ekosistem besin zenginleştirme deneyinde trofik stratejiyi desteklemektedir
- İlişkili Araştırma: Türlerden ziyade fonksiyonel genlere dayanan bakteri topluluğu topluluğu
