16:47 2023-03-27
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Genetica adaptării la temperatură: Cum prosperă viața în condiții extreme?
_ Genetica de adaptare la temperatură: Cum se dezvoltă viața în condiții extreme?
Istoria Pământului a fost una dintre extreme fizice - condiții atmosferice extreme, medii chimice extreme și temperaturi extreme. A fost o vreme în care Pământul era atât de fierbinte că toată apa era vapori și prima ploaie a căzut doar după ce planeta s-a răcit suficient. Curând după aceea, viața a apărut și prin toate acestea, viața și-a găsit o cale.
Astăzi viața se găsește aproape peste tot pe Pământ pe care l-am privit; este greu să găsești locuri în care viața nu există. Capacitatea remarcabilă a vieții de a se adapta la condiții variabile este una dintre caracteristicile sale definitorii. Dintre numeroasele sale adaptări, capacitatea vieții de a se adapta la temperaturi variabile este una dintre cele mai interesante. Toată viața se bazează pe reacții chimice, care sunt prin natură sensibile la temperatură. Și totuși, viața există într-un spectru de temperaturi, de la platforma de gheață din Antarctica până la marginile vulcanilor submarini. Acest lucru ridică întrebarea cum se adaptează viața la diferite temperaturi?
Pentru a încerca să dezlege acest mister, o echipă de cercetare, condusă de Paula Prondzinsky și Shawn Erin McGlynn de la Institutul de Științe Pământului-Viață (ELSI) de la Institutul de Tehnologie din Tokyo, a investigat recent un grup de organisme numite metanogene.
Metanogene sunt microorganisme unicelulare producătoare de metan care aparțin unui domeniu mai mare de „Archaea” (organisme antice unicelulare care nu nu au nuclei celulari și se crede că a fost predecesorul celulelor eucariote). Ca un singur grup fiziologic, metanogenii pot prospera într-o gamă de temperaturi extreme, de la -2,5 grade C la 122 grade C, făcându-i candidații ideali pentru a studia adaptarea la temperatură.
În această lucrare, cercetătorii au analizat și a comparat genomul diferitelor specii de metanogene. Ei au împărțit metanogenii în trei grupe în funcție de temperaturile în care au prosperat - termotolerante (temperaturi ridicate), psicrotolerante (temperaturi scăzute) și mezofile (temperaturi ambientale). Apoi au construit o bază de date de 255 de genomi și secvențe de proteine dintr-o resursă numită Baza de date taxonomie genomului. Apoi au obținut date de temperatură pentru 86 de metanogene care se află în colecții de laborator din Baza de date privind temperaturile de creștere a procariotelor uzuale și rare. Rezultatul a fost o bază de date care a legat conținutul genomului de temperatura de creștere.
După aceea, cercetătorii au folosit un software numit OrthoFinder pentru a stabili diferite ortogrupuri - seturi de gene care descind dintr-o singură genă prezentă în ultimul strămoș comun al specia luată în considerare. Apoi au segregat aceste ortogrupuri în 1) nucleu (prezent la peste 95% dintre specii), 2) comun (prezent la cel puțin două specii, dar la mai puțin de 95% dintre organisme) și 3) unic (prezent doar într-un o singură specie). Analizele lor au arătat că aproximativ o treime din genomul metaogenic este împărțită tuturor speciilor. Ei au descoperit, de asemenea, că cantitatea de gene partajate între specii scade odată cu creșterea distanței evolutive.
În mod interesant, cercetătorii au descoperit că organismele termotolerante au genomi mai mici și o fracțiune mai mare a genomului central. S-a constatat, de asemenea, că acești genomi mici sunt mai „vechi” din punct de vedere evolutiv decât genomul organismelor psihotolerante. Deoarece organisme termotolerante au fost găsite în mai multe grupuri, aceste constatări indică faptul că dimensiunea genomului depinde mai mult de temperatură decât de istoria evolutivă. Ei sugerează, de asemenea, că, pe măsură ce genomii metanogenului au evoluat, aceștia au crescut mai degrabă decât s-au micșorat, ceea ce provoacă ideea evoluției genomului termoreductiv, adică că organismele elimină genele din genomul lor pe măsură ce evoluează în locații cu temperaturi mai ridicate.
Analizele cercetătorilor au arătat, de asemenea, că metanogenii cresc în această gamă largă de temperaturi fără multe proteine speciale. De fapt, majoritatea proteinelor codificate de genomul lor erau similare. Acest lucru i-a determinat să ia în considerare posibilitatea de reglare celulară sau adaptări compoziționale la scară mai fină drept cauza principală a adaptării la temperatură. Pentru a investiga acest lucru, ei au analizat compoziția aminoacizilor - blocurile de construcție ale proteinelor - în metanogene.
Ei au descoperit că aminoacizii specifici au fost îmbogățiți în anumite grupuri de temperatură. Ei au descoperit, de asemenea, diferențe de compoziție în aminoacizii legate de sarcina lor proteom, polaritate și entropia de desfășurare - toate acestea afectând structura proteinelor și, prin urmare, capacitatea acesteia de a funcționa. În general, ei au descoperit că metanogenii termotoleranți au aminoacizi mai încărcați și gene funcționale pentru transportul ionilor, care nu sunt prezenți în psihotoleranți. În timp ce organismele psihotolerante sunt îmbogățite în aminoacizi și proteine neîncărcate legate de structura și motilitatea celulară. Cu toate acestea, cercetătorii nu au putut identifica funcțiile specifice împărtășite de toți membrii unui grup de temperatură, sugerând că adaptarea temperaturii este un proces treptat care are loc în pași fini, mai degrabă decât să necesite schimbări la scară mare.
În totalitate, „Acest lucru indică că primii metanogene, care au evoluat într-un moment în care condițiile de pe Pământ erau ostile vieții, ar fi putut fi similare cu organismele pe care le găsim pe Pământul de astăzi”, explică Paula Prondzinsky. „Descoperirile noastre ar putea indica trăsăturile și funcțiile prezente în primii microbi și chiar să dețină indicii cu privire la dacă viața microbiană își are originea în medii calde sau reci. Am putea extinde aceste cunoștințe pentru a înțelege modul în care viața s-ar putea adapta la alte tipuri de condiții extreme, nu. doar temperatura și chiar dezvăluie modul în care viața de pe alte planete ar putea evolua.”
Comentarii:
Adauga Comentariu