Un organism unicelular descoperit în izvoarele geotermale din California a împins mai sus limita de temperatură la care se poate reproduce viața eucariotă. Incendiamoeba cascadensis, supranumită „ameba de foc”, se poate divide la 63°C, rămâne activă la temperaturi și mai mari și își poate reveni chiar după o expunere scurtă la 70°C.
Recordul este important deoarece ameba este un eucariot, adică aparține marii categorii a organismelor ale căror celule au nucleu, categorie care include plantele, animalele și oamenii. Cercetătorii considerau de mult timp că asemenea celule întâmpină limite severe în jurul temperaturii de 60°C. Noua specie arată că această frontieră nu era atât de rigidă pe cât părea.
Ce este Incendiamoeba cascadensis
Incendiamoeba cascadensis este o specie de amebă termofilă identificată în Lassen Volcanic National Park din nordul Californiei, o regiune activă geotermal, cu izvoare fierbinți, fumarole și bazine încălzite de activitatea vulcanică.
Numele său poate fi tradus aproximativ prin „ameba de foc din Cascade”. Organismul este microscopic și unicelular, dar celula sa este eucariotă: materialul genetic este protejat într-un nucleu, iar în interior există structuri specializate delimitate de membrane.
Această complexitate face recordul neobișnuit. Bacteriile și archaea capabile să suporte temperaturi extreme sunt cunoscute de mult timp. Eucariotele au o structură celulară mai complicată, iar temperaturile ridicate pot deteriora proteinele, membranele și mecanismele de care acestea depind.
Ameba se poate reproduce la 63°C
Cercetătorii au observat în laborator diviziunea celulară a Incendiamoeba cascadensis la 63°C. Potrivit NASA, aceasta este cea mai ridicată temperatură la care a fost observată reproducerea unui eucariot cunoscut.
Recordul anterior pentru eucariote era în jur de 60°C și aparținea unor specii de fungi și alge roșii. În cazul amebelor, limita cunoscută fusese și mai joasă.
Diferența dintre a supraviețui pentru scurt timp și a se reproduce este esențială. O celulă poate suporta temporar o temperatură extremă fără ca mediul respectiv să îi permită o viață normală. Incendiamoeba nu doar rezistă căldurii: la temperaturi foarte ridicate poate crește, se poate hrăni și își poate continua ciclul celular.
Temperatura sa preferată ar fi insuportabilă pentru multe organisme
Experimentele arată că Incendiamoeba cascadensis se dezvoltă cel mai bine aproximativ între 55 și 57°C. Sub circa 42°C nu mai crește, ceea ce o face un termofil autentic, nu doar un organism care tolerează ocazional căldura.
La 64°C ameba încă se poate deplasa și căuta hrană, deși reproducerea se oprește. NASA arată că celulele pot rămâne parțial active până la aproximativ 66°C.
Aceste valori sunt remarcabile tocmai pentru că temperaturile care îi sunt favorabile ar deteriora rapid numeroase alte celule eucariote.
Poate supraviețui temporar chiar și la 70°C
Cercetătorii au împins organismul și dincolo de temperatura la care se poate reproduce. După o expunere de cinci minute la 70°C, celulele au fost capabile să își revină atunci când temperatura a scăzut.
Aceasta nu înseamnă că ameba trăiește în mod normal la 70°C. Este vorba despre supraviețuirea unei expuneri scurte, nu despre temperatura sa optimă de creștere.
La 80°C, în schimb, celulele nu și-au mai revenit. Studiul permite astfel separarea a trei limite diferite: temperatura la care organismul se reproduce, cea la care mai poate rămâne activ și cea pe care o poate suporta pentru o perioadă scurtă.
Cum se protejează de temperaturile extreme
Pentru a afla de ce ameba nu este distrusă de căldură, cercetătorii i-au secvențiat genomul și au urmărit activitatea genelor la temperaturi diferite.
Au găsit mecanisme asociate cu protejarea și repararea ADN-ului, menținerea formei corecte a proteinelor și detectarea schimbărilor din mediul exterior. La temperaturi ridicate, unele dintre aceste sisteme devin mai active.
Proteinele organismului prezintă și caracteristici întâlnite la alte forme de viață termofile. Echipa a observat, de exemplu, o încărcare pozitivă mai mare pe suprafața unor proteine, proprietate care le-ar putea ajuta să rămână stabile în căldură.
De ce căldura este o problemă pentru celulele complexe
Temperatura ridicată poate modifica structura proteinelor și poate afecta membranele celulare. Pentru un eucariot, problema este amplificată de faptul că nu există doar membrana exterioară a celulei.
Nucleul, mitocondriile și alte componente interne sunt delimitate de propriile membrane. Aceste structuri trebuie să continue să funcționeze împreună chiar când moleculele sunt supuse unui stres termic puternic.
Anterior se sugerase că membranele organitelor eucariote nu ar putea rămâne stabile peste aproximativ 62°C. Faptul că Incendiamoeba cascadensis se divide la 63°C arată că cel puțin unele celule au găsit soluții biologice pentru a depăși această limită.
Unde a fost găsită ameba de foc
Organismul provine din Lassen Volcanic National Park, aflat la capătul sudic al lanțului vulcanic Cascade din Statele Unite. Regiunea conține numeroase medii hidrotermale încălzite de energia din subsol.
Cercetătorii au colectat probe dintr-un afluent al Hot Springs Creek. Deși temperatura apei era foarte ridicată, mediul nu era doar o „oală cu apă fierbinte”: pentru ca ameba să existe sunt necesare apă, oxigen, o aciditate potrivită și alte organisme care îi servesc drept hrană.
Incendiamoeba se hrănește cu microorganisme adaptate la căldură și face parte dintr-un ecosistem. Acesta este un detaliu important atunci când descoperirea este pusă în legătură cu posibilitatea vieții pe alte lumi.
Rude ale amebei ar putea exista și în alte regiuni
Echipa a comparat ADN-ul noii specii cu informații genetice obținute în alte studii din întreaga lume. Au fost găsite secvențe asemănătoare în probe geotermale din Yellowstone și din Noua Zeelandă.
Asta nu demonstrează că Incendiamoeba cascadensis trăiește în toate aceste locuri, dar sugerează că ar putea exista mai multe amebe termofile înrudite care nu au fost încă izolate și studiate.
Descoperirea ridică astfel și o întrebare metodologică: cât de multe organisme extreme au fost trecute cu vederea pentru că oamenii de știință nu se așteptau ca eucariotele să prospere la asemenea temperaturi?
Ce legătură are descoperirea cu viața extraterestră
Studiul a fost susținut de NASA deoarece limitele vieții terestre sunt importante pentru astrobiologie. Pentru a decide unde merită căutată viața pe alte corpuri cerești, cercetătorii trebuie mai întâi să înțeleagă ce condiții poate suporta viața pe Pământ.
Incendiamoeba cascadensis extinde intervalul cunoscut pentru eucariote, însă descoperirea nu demonstrează existența vieții complexe pe alte planete sau sateliți.
Temperatura este numai una dintre condițiile necesare. Organismul depinde și de apă lichidă, hrană, presiune, oxigen și o chimie compatibilă cu metabolismul său. Chiar cercetătorii avertizează că faptul că o celulă rezistă la căldură nu înseamnă automat că ar putea supraviețui pe Marte sau într-un ocean extraterestru.
De ce sunt importante organismele extremofile
Extremofilele sunt organisme adaptate la condiții considerate ostile pentru majoritatea formelor de viață. Studierea lor nu are numai valoare pentru astrobiologie.
Proteinele care continuă să funcționeze la temperaturi mari pot deveni utile în biotehnologie și în procese industriale. Un exemplu celebru este enzima Taq polimerază, provenită dintr-o bacterie termofilă și devenită esențială pentru PCR, metoda de multiplicare a ADN-ului folosită pe scară largă în cercetare și diagnostic.
Nu există deocamdată o aplicație comparabilă demonstrată pentru Incendiamoeba cascadensis. Cercetătorii studiază însă mecanismele prin care proteinele, ADN-ul și membranele sale rămân funcționale în condiții care afectează majoritatea eucariotelor.
Nu este organismul care suportă cea mai mare temperatură de pe Pământ
Recordul trebuie formulat cu atenție. Incendiamoeba cascadensis nu este forma de viață cu cea mai mare toleranță la temperatură cunoscută.
Recordul său privește eucariotele, organisme cu celule care au nucleu și alte structuri interne complexe. Unele archaea, mult mai simple din punct de vedere celular, pot trăi la temperaturi considerabil mai ridicate.
Importanța descoperirii este tocmai faptul că împinge limita unei categorii de viață despre care se credea că este mult mai sensibilă la căldură.
Ce știm sigur și ce mai trebuie aflat
Studiul publicat în revista Cell confirmă reproducerea la 63°C și descrie mecanisme genetice și moleculare care ar putea explica rezistența termică. Cercetătorii au și dovezi că organisme înrudite ar putea fi răspândite în alte medii geotermale.
Rămân însă întrebări importante. Nu este încă clar cum au evoluat toate aceste adaptări, care dintre ele sunt decisive și cât de răspândită este această ramură de amebe termofile.
Echipa continuă să caute Incendiamoeba în alte regiuni și să compare specia cu rude care nu suportă temperaturi atât de ridicate. Aceste comparații ar putea arăta ce adaptări permit unei celule eucariote să funcționeze la temperaturi atât de ridicate.
Concluzie
Incendiamoeba cascadensis schimbă ceea ce știm despre toleranța la căldură a vieții eucariote. Ameba se reproduce la 63°C, rămâne activă peste această temperatură și poate reveni după o expunere scurtă la 70°C.
Descoperirea nu arată că viața complexă poate exista oriunde există căldură și nici nu dovedește existența organismelor extraterestre. Arată însă că una dintre limitele biologice considerate mult timp aproape fixe poate fi depășită.
Pentru biologi, următorul pas este să afle ce mecanisme îi permit acestei amebe să suporte asemenea temperaturi. Pentru astrobiologie, descoperirea arată că unele eucariote pot tolera condiții mai fierbinți decât indicau recordurile cunoscute până acum.
Imagine featured: bazin hidrotermal din Bumpass Hell, Lassen Volcanic National Park. Foto: Frank Schulenburg / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0. Imaginea a fost convertită în WebP pentru publicare.
Leave A Comment