NASA: амёба размножается при 63 °C — рекорд для сложной жизни, меняющий поиски жизни во Вселенной
Поддерживаемые NASA учёные обнаружили организм, живущий при экстремальных температурах, которые прежде считались невозможными для сложной жизни. Высокие температуры разрушают необходимые клеточные компоненты, и это большая проблема для клеток со сложными частями — например, ядром, хранящим хрупкую генетическую информацию.
В нагретых водах национального парка Лассен-Волканик в Калифорнии команда учёных наблюдала амёбу, способную размножаться делением при поразительных 63 °C, что устанавливает рекорд верхнего температурного предела для всех известных эукариот. Incendiamoeba cascadensis, прозванная огненной амёбой, перестаёт размножаться выше 63 °C, но остаётся активной и перемещается в поисках пищи вплоть до 64 °C. Предыдущий предел для эукариот в 60 °C задавали несколько видов грибов и красных водорослей. Результаты опубликованы во вторник в журнале Cell.
Астробиологи давно изучают границы выживания жизни на Земле, чтобы понять, как организмы могли бы жить на других мирах вроде Марса, где условия негостеприимнее земных. Организмы, выдерживающие пребывание на границах обитаемости при экстремальной температуре, кислотности, радиации и других условиях среды, называют экстремофилами. Их изучение помогает понять, на что способна известная нам жизнь. Экстремофилы также производят уникальные белки, перспективные для биотехнологии — от промышленности до медицины.
Прежние исследования экстремофилов в основном касались одноклеточных бактерий и архей. Новое исследование показывает, что более сложные клетки эукариот могут быть прочнее, чем считалось, и даже помочь учёным понять, где во Вселенной могла бы выжить сложная жизнь.
Сложная жизнь на Земле
Жизнь на Земле делится на две категории: прокариоты и эукариоты. Прокариоты — одноклеточные организмы без ядра и мембранных органелл внутри клетки. Это значит, что у них меньше клеточных «механизмов», которые могут повредить экстремальные условия: палящий жар, лютый холод, едкая кислотность или губительная радиация.
Организмы, живущие в экстремальном жару, называют термофилами. Чтобы считаться настоящим «любящим жару» термофилом, организм должен уметь размножаться, двигаться, питаться и выживать выше 45 °C.
К прокариотам относятся бактерии и археи, причём археи особенно хорошо переносят экстремальные условия. Из-за относительной простоты учёные также считают, что прокариоты были первыми формами жизни на Земле миллиарды лет назад, когда среда была куда негостеприимнее нынешней.
Эукариоты — более сложные организмы, которые, как считается, появились позже в истории жизни. В их клетках есть отдельное ядро, содержащее хрупкую генетическую информацию. Эукариоты также содержат мембранные органеллы, такие как митохондрии и эндоплазматический ретикулум. Эти органеллы — маленькие клеточные машины, выполняющие конкретные функции. Эукариоты охватывают широчайший спектр жизни: от одноклеточных водорослей до многоклеточных организмов вроде растений и человека.
Сложность в экстремальном жару
Высокие температуры ведут к распаду белков и других биомолекул, необходимых живым клеткам. Жар также может вызывать разрыв мембран, разрушая клетки. Считалось, что мембраны органелл у эукариот не могут оставаться стабильными выше 62 °C. Открытие I. cascadensis доказывает, что это предположение неверно.
«Изучение эукариот, возможно, отчасти ограничивалось предположениями о стабильности мембран, — говорит Берил Раппапорт, аспирантка Сиракузского университета и ведущий автор исследования. — Мы надеемся, что открытие I. cascadensis побудит других продолжать поиски высокотемпературных эукариот».
Команда секвенировала геном I. cascadensis, изучая экспрессию генов при разных температурах. Они нашли множество генов, которые помогают амёбе стабилизировать ДНК и защищать её от разрушения. Другие гены позволяют организмам ощущать внешнюю среду. При высоких температурах экспрессия некоторых генов возрастала — в том числе тех, что отвечают за поддержание сворачивания белков.
«Нам удалось выявить множество стратегий, которые могут помогать I. cascadensis выживать при высоких температурах, и часть этих стратегий могут использовать термофилы всей живой природы, — говорит Раппапорт. — Например, некоторые белки I. cascadensis обладают высоким положительным поверхностным зарядом, что может помогать им оставаться стабильными. Эти заряды белков похожи на те, что встречаются у термофильных бактерий и архей».
Команда также сравнила генетическую информацию из других исследований по всему миру. В этом массиве данных они нашли похожие фрагменты ДНК из геотермальных проб в таких местах, как Новая Зеландия и национальный парк Йеллоустон. Это значит, что другие термофильные амёбы, родственные I. cascadensis, могут жить по всему земному шару и ждать своего открытия.
Поиск жизни за пределами Земли
Земля — единственная известная нам планета, населённая жизнью. Чтобы известная нам жизнь выжила на других планетах Солнечной системы или за её пределами, организмам, возможно, придётся справляться с условиями, сильно отличающимися от земных.
«Изучение экстремофилов помогает нам лучше понять биохимические и физиологические пределы известной нам жизни на Земле, — говорит Элисон Олкотт, программный научный сотрудник по экзобиологии в штаб-квартире NASA в Вашингтоне. — Эта информация, в свою очередь, помогает направлять поиск жизни в NASA, расширяя диапазон условий, в которых, как мы считаем, жизнь могла бы существовать».
В частности, исследование углубляет понимание того, где и как жизнь со сложными клетками может сохраняться на Земле и за её пределами.
«Обнаружение эукариот, выживающих в высокотемпературных средах, расширяет наше понимание не только того, где может быть найдена жизнь, но и насколько сложной она может быть», — говорит Олкотт.
При этом исследователи подчёркивают, что выживание зависит от множества факторов, входящих в более крупную экосистему.
«Сложная жизнь вроде I. cascadensis вполне могла бы выжить на другой планете, но Земля — единственная известная нам планета, где есть все условия, чтобы I. cascadensis чувствовала себя хорошо, — говорит Раппапорт. — Дело не только в температуре. Среде нужны подходящая кислотность, уровень кислорода, давление, вода и пища. I. cascadensis не выжила бы в одиночку. Ей нужна другая жизнь, чтобы поддерживать её».
