مانند ملوانان باستان ، اجداد میکروب های پروللوکوکی با ذرات اسکلتی به دریا وارد شدند | اخبار MIT
در سراسر اقیانوس ، میلیاردها میکروب گیاهی یک جنگل شناور نامرئی را تشکیل می دهند. در حالی که آنها فرسوده هستند ، ارگانیسم های کوچک از نور خورشید برای مکیدن دی اکسید کربن از جو استفاده می کنند. در مجموع ، این فتوسیتون پلانکتون یا فیتوپلانکتون تقریباً به اندازه جنگلهای زمینی جهان CO2 را جذب می کنند. قسمت قابل اندازه گیری عضله کربن آنها از آن ناشی می شود پانچلروکوک سایه ای از شناور رایگان ، که رایج ترین فیتوپلانکتون امروز در اقیانوس ها است.
اما پانچلروکوک همیشه در آبهای باز سکونت ندارد. اجداد میکروبا احتمالاً به سواحل نزدیک هستند ، جایی که مواد مغذی فراوان بودند و ارگانیسم ها در تشک های میکروبی شهری از کف دریا زنده مانده بودند. پس فرزندان این ساکنان ساحلی چگونه خود را مانند نیروگاه های فتوسنتزی در اقیانوس های باز امروز پیدا کردند؟
دانشمندان MIT معتقدند قایقرانی مهم است. در یک مطالعه جدید ، آنها اجداد را ارائه می دهند پانچلروکوک توانایی پایبندی به کیتین – ذرات تجزیه شده اسکلتیلهای باستانی. میکروب ها برای عبور از ذرات به عنوان قایق برای ورود به دریا صعود کردند. این قایق های کیتین همچنین ممکن است با تغذیه و نگهداری میکروب ها در طول سفر ، مواد مغذی اساسی را تهیه کنند.
به این ترتیب ، میکروب های تقویت شده ممکن است این فرصت را داشته باشند که توانایی جدید سازگاری با اقیانوس باز را توسعه دهند. در پایان ، آنها توسعه می یافتند تا اینکه روی کشتی پرش کنند و به عنوان ساکنان آزاد کننده اقیانوس که امروز زندگی می کنند زنده بمانند.
“اگر پانچلروکوک سایر ارگانیسم های فتوسنتزی اقیانوس های استعماری نبودند ، ما به سیاره ای کاملاً متفاوت نگاه می کردیم. “
Braakman و همکارانش فرضیه جدید خود را “Chitin Raft” ، همراه با آزمایشات و تجزیه و تحلیل های ژنتیکی که از این ایده حمایت می کنند ، ارائه می دهند ، در مطالعه ای که این هفته از طریق آن ظاهر شد PNAحرف
شرکت های MIT Giovanni Capovila ، Greg Fournier ، Julia Schwartzman ، Xinda Lu ، Alexis یلتون ، Ilaina Thomas ، Jack Peyette ، Kurt Castro ، Otto Cordo و استاد MIT Soli ، Cisholm هستند.
رشته
پانچلروکوک یکی از دو گروه اصلی متعلق به کلاس معروف به Picocyanobacteria است که کوچکترین ارگانیسم های فتوسنتزی روی کره زمین هستند. گروه دیگر است سنبادهیک میکروب نزدیک به هم متصل است که می توان در سیستم های اقیانوس و آب شیرین به وفور یافت. هر دو بدنه از طریق فتوسنتز زندگی می کنند.
اما معلوم است که برخی از گونه های پانچلروکوک این می تواند یک سبک زندگی جایگزین را بپذیرد ، به خصوص در مناطق کم سطح که حفظ فتوسنتز دشوار است. این میکروب ها با استفاده از ترکیبی از سایر استراتژی های جاذبه کربن “میکسوتروفیک” هستند.
محققان آزمایشگاه Chisholm علائم Myxotrophy را نشان می دهند زیرا در چندین سویه مدرن با یک ژن مشترک روبرو شدند پانچلروکوکحرف این ژن توانایی تجزیه کیتین ، سرشار از مواد کربن را که از پوسته های پراکنده بندپایان مانند حشرات و سخت پوستان ناشی می شود ، رمزگذاری می کند.
Capovila ، که تصمیم گرفت هنگام پیوستن به آزمایشگاه به عنوان یک پست دکتری ، تصمیم بگیرد ، گفت: “این بسیار عجیب بود.”
برای بررسی جدید Capovila آزمایشاتی انجام داد تا ببیند آیا پانچلروکوک این در واقع می تواند یک کیتین را به روشی مفید تجزیه کند. کار آزمایشگاهی قبلی نشان داده است که ژن تحقیر کننده کیتین پانچلروکوک که در شرایط کم نور زندگی می کنند و در سنبادهحرف روز مفقود شد پانچلروکوک ساکن مناطق بیشتر خورشیدی.
در آزمایشگاه Capovilla ، او ذرات کیتین را در نمونه های کم نور و چراغ های بالا معرفی کرد. او دریافت که میکروب های حاوی ژن پانچلروکوک به نظر می رسد از این شکست استفاده می کند ، زیرا به نظر می رسد در نتیجه نیز سریعتر رشد می کنند. میکروب ها همچنین می توانند به پوسته های هیتین پایبند باشند ، نتیجه ای که به ویژه به Braakman علاقه مند است ، که تکامل فرآیندهای متابولیک و راه هایی که در آن ایجاد بوم شناسی زمینی را بررسی کرده اند ، مطالعه می کند.
“مردم همیشه از من می پرسند: این میکروب ها چگونه اقیانوس اولیه را استعمار کردند؟” او می گوید. “و از آنجا که جیو این آزمایشات را انجام داد ، این لحظه” آه “وجود داشت.
Braakman با تعجب: آیا این ژن می تواند در اجداد حضور داشته باشد پانچلروکوکبه شکلی که به میکروب های ساحلی اجازه می دهد تا از کیتین وصل و تغذیه کنند و پوسته ها را به دریا سوار کنند؟
این همه در زمان است
به منظور آزمایش این فرضیه جدید “Hitin Sal” ، این تیم به طرز خنده دار نگاه کرد ، که در ردیابی ژن ها در انواع میکروب ها در طول تاریخ تخصص دارد. در سال 2019 ، آزمایشگاه Fournier یک درخت تکاملی برای آن میکروب هایی ایجاد کرد که ژن ادغام کننده کیتین را اعمال می کنند. از این درخت ، آنها متوجه تمایل شدند: میکروب ها فقط پس از فراوانی بندپایان در یک اکوسیستم خاص ، از کیتین استفاده می کنند.
به منظور حفظ فرضیه قایق کیتین ، ژن باید در اجداد موجود باشد پانچلروکوک اندکی پس از بندپایان ، آنها شروع به استعمار محیط دریایی کردند.
این تیم به رکورد فسیلی نگاه کرد و دریافت که گونه های آب بندپایان در اوایل پالئوزوئیک ، حدود نیم میلیارد سال پیش فراوان می شوند. با توجه به درخت تکاملی خنده دار ، این نیز در حدود زمانی است که ژن تحقیر کننده کیتین است پانچلروکوک وت سدحرف
خنده دار می گوید: “هوا کاملاً محکم است.” “سیستم های دریایی با این نوع جدید کربن آلی به شکل کیتین سیل زده اند ، دقیقاً همانطور که ژن هایی برای استفاده از این کربن در انواع مختلف میکروب ها پخش می شوند.
ظاهر کیتین می تواند به ویژه برای میکروب هایی که در شرایط کم نور زندگی می کنند ، مانند بستر دریا ساحلی ، جایی که تصور می شود Piccocianobacteria باستانی زندگی کرده است ، مفید باشد. برای این میکروب ها ، کیتین می تواند منبع انرژی لازم و همچنین راهی برای خروج از طاقچه های مشترک و ساحلی آنها باشد.
Braakman می گوید که هنگامی که به دریا می رفتند ، میکروب های قایقرانی به اندازه کافی سالم بودند تا سایر سازگاری های اقیانوس را توسعه دهند. میلیون ها سال بعد ، ارگانیسم ها آماده بودند تا “به دست بیاورند” و با شناور آزاد ، فتوسنتز پانچلروکوک که امروز وجود دارد
Braakman می گوید: “از این گذشته ، این مربوط به اکوسیستم هایی است که با هم در حال رشد هستند.” “با وجود این قایق های کیتین ها ، هر دو بندپایان و سیانوباکتری توانستند به اقیانوس باز گسترش یابد. در پایان ، این امر به افزایش اکوسیستم های مدرن دریایی کمک کرد.”
این مطالعه توسط بنیاد سیمونز ، بورس تحصیلی طولانی مدت EMBO و برنامه علوم مرزی انسانی پشتیبانی شد. این سند سهم از همکاری سیمونز برای فرآیندهای اقیانوس و بوم شناسی (دامنه) است.
