ความเข้าใจที่เพิ่มขึ้นของเราเกี่ยวกับ extremophiles บนโลกได้เปิดโอกาสใหม่ ๆ ในทางโหราศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์กำลังมองดูโลกที่น่าสงสารทรัพยากรซึ่งดูเหมือนว่าพวกเขาไม่สามารถช่วยชีวิตได้ ทีมนักวิจัยคนหนึ่งกำลังศึกษาพื้นที่ยากจนของสารอาหารของเม็กซิโกเพื่อพยายามทำความเข้าใจว่าสิ่งมีชีวิตเจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมที่ท้าทายได้อย่างไร
นักวิจัยทำงานในภูมิภาคของเม็กซิโกเรียกว่า Cuatro Ciénegas Basin ประมาณ 43 ล้านปีก่อนอ่างเป็นทะเลตื้นจนกระทั่งมันแยกได้จากอ่าวเม็กซิโก เป็นภูมิภาคที่มีความโดดเด่นเพราะเป็นทั้งอาหารที่ไม่ดีและเป็นบ้านของจุลินทรีย์ในน้ำที่มีเชื้อสายโบราณ
ผู้เขียนหลักของการศึกษาใหม่คือ Jordan Okei จาก School of Earth and Space Exploration ของ Arizona State University ชื่อเรื่องของการศึกษาคือ“ การดัดแปลงจีโนมในการประมวลผลข้อมูลหนุนกลยุทธ์ทางโภชนาการในการทดลองเสริมคุณค่าทางโภชนาการทั้งระบบนิเวศ” มันถูกตีพิมพ์ในวารสาร eLIFE
การศึกษามุ่งเน้นไปที่จีโนมของสิ่งมีชีวิตและลักษณะพื้นฐานของมันเช่นขนาดของสิ่งมีชีวิตวิธีที่มันเข้ารหัสข้อมูลและความหนาแน่นของข้อมูล นักวิจัยศึกษาว่าคุณลักษณะเหล่านั้นอนุญาตให้สิ่งมีชีวิตเจริญเติบโตได้อย่างไรในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นเดียวกับที่ Cuatro Ciénegas Basin ในบางแง่มุมนั้นเป็นแอนะล็อกสำหรับโลกยุคแรกหรือดาวอังคารโบราณที่เปียกชื้น
“ บริเวณนี้ยากจนในสารอาหารที่ระบบนิเวศหลายแห่งถูกครอบครองโดยจุลินทรีย์และอาจมีความคล้ายคลึงกับระบบนิเวศจากโลกยุคต้นรวมถึงสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้นบนดาวอังคารที่อาจช่วยชีวิตได้” นักเขียนหัวหน้าโอเคกล่าว
มีค่าใช้จ่ายสำหรับทุกสิ่งที่สิ่งมีชีวิตทำและสิ่งมีชีวิตทำการแลกเปลี่ยนหลายอย่างเมื่อพวกเขาทำธุรกิจ การแลกเปลี่ยนเหล่านี้ส่งผลต่อประสิทธิภาพของการประมวลผลข้อมูลทางชีวเคมีของสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตที่ดัดแปลงและพัฒนาในสภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารไม่ดีอาจไม่ได้“ ลงทุน” ในความสามารถในการใช้ทรัพยากรจำนวนมากเพื่อทำซ้ำตัวเอง
นั่นคือสมมุติฐานของทีมและพวกเขาวางแผนการทดลองเพื่อตรวจสอบ
รองศาสตราจารย์คริสโตเฟอร์ดูปองต์จาก J. Craig Venter Institute เป็นผู้เขียนอาวุโสของการศึกษานี้ ในการแถลงข่าว Dupont กล่าวว่า“ เราตั้งสมมติฐานว่าจุลินทรีย์ที่พบในสภาพแวดล้อม oligotrophic (สารอาหารต่ำ) จะพึ่งพากลยุทธ์การใช้ทรัพยากรต่ำสำหรับการจำลองดีเอ็นเอการถอดความของ RNA และการแปลโปรตีน ในทางกลับกันสภาพแวดล้อมของโคเพอโรโทรฟิค (สารอาหารสูง) สนับสนุนกลยุทธ์ที่ใช้ทรัพยากรมาก "
การทดลองเกี่ยวข้องกับการตั้งค่าสิ่งที่เรียกว่า "mesocosms" ระบบนิเวศขนาดเล็ก สิ่งมีชีวิตนั้นได้รับการเลี้ยงในระดับที่สูงขึ้นของปุ๋ยที่มีไนโตรเจนและฟอสฟอรัส องค์ประกอบเหล่านั้นกระตุ้นการเติบโตของจุลินทรีย์ใน mesocosms ในตอนท้ายของการทดลองพวกเขาดูว่าชุมชนของสิ่งมีชีวิตตอบสนองต่อสารอาหารที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม
ในการศึกษาของพวกเขาผู้เขียนมุ่งเน้นไปที่สี่ลักษณะที่ควบคุมความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการประมวลผลข้อมูลทางชีวภาพในเซลล์ของพวกเขา:
- หลายหลากของยีนที่จำเป็นต่อการสังเคราะห์โปรตีน: Copiotrophs หรือสิ่งมีชีวิตที่ปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยสารอาหารควรมีจำนวนยีนที่สูงขึ้นซึ่งส่งผลให้อัตราการเจริญเติบโตสูงขึ้น แต่มีการแลกเปลี่ยน: พวกเขากำลังเสียเปรียบในสภาพแวดล้อมที่ไม่ดีต่อสารอาหารและอัตราการจำลองแบบที่สูงขึ้นของพวกเขาอาจสิ้นสุดลงลดประสิทธิภาพการเติบโตของพวกเขา
- ขนาดจีโนม: สิ่งมีชีวิตที่มีจีโนมขนาดเล็กต้องการทรัพยากรที่น้อยกว่าในการทำซ้ำและมีขนาดเซลล์ที่เล็กกว่า สิ่งมีชีวิตเหล่านี้สามารถตอบสนองอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้นต่อสภาพที่ไม่ดีต่อสารอาหารหลังจากช่วงเวลาที่มีความอุดมสมบูรณ์ของสารอาหารที่สัมพันธ์กัน
- เนื้อหา Guanine และ cytosine: Guanine และ cytosine เป็นฐานนิวคลีโอไทด์ นักวิทยาศาสตร์ไม่แน่ใจว่าทำไม แต่สิ่งมีชีวิตที่มีระดับ GC สูงในจีโนมของพวกเขาน่าจะทำได้ดีกว่าในสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยทรัพยากรบางทีอาจเป็นเพราะ GC มีราคาแพงกว่าในการผลิต ดังนั้นสิ่งมีชีวิตที่มีเนื้อหา GC ต่ำอาจทำได้ดีกว่าในสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย
- อคติการใช้งาน Codon: Codons เป็นลำดับของ DNA หรือ RNA nucleotide triplets รหัสระบุกรดอะมิโนที่จะเพิ่มต่อไปในระหว่างการสังเคราะห์โปรตีน รหัสที่แตกต่างกันหลายตัวสามารถเขียนรหัสกรดอะมิโนได้ แต่ในสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยสารอาหารรหัสที่ใช้ทรัพยากรเร็วกว่าควรมีอคติมากกว่าคู่ของพวกเขา
การศึกษานี้แตกต่างกันเพราะดูจากลักษณะทั้งสี่นั้นในขณะที่การศึกษาก่อนหน้ามุ่งเน้นไปที่หนึ่งหรือสองคนเท่านั้น การศึกษานี้ยังดูว่าลักษณะเหล่านี้ทำงานอย่างไรในชุมชนในขณะที่การศึกษาก่อนหน้าใช้วิธีการที่แตกต่างกัน ดังที่พวกเขากล่าวในเอกสารของพวกเขา“ การศึกษาของเราน่าสังเกตว่าเป็นหนึ่งในการทดลองทั้งระบบนิเวศครั้งแรกที่เกี่ยวข้องจำลองระดับการทดสอบแล้ว การประเมิน metagenomic ของการตอบสนองชุมชน”
“ การศึกษาครั้งนี้มีเอกลักษณ์และทรงพลังเพราะใช้แนวคิดจากการศึกษาระบบนิเวศของสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่และนำไปใช้กับชุมชนจุลินทรีย์ในการทดลองทั้งระบบนิเวศ”
ผู้เขียนอาวุโส Jim Elser, โรงเรียนวิทยาศาสตร์ชีวิต ASU
การทดลองใช้เวลา 32 วันและเกิดขึ้นในบ่อน้ำ Lagunita ใน Cuatro Ciénegas Basin ในช่วงเวลานั้นนักวิจัยทำการตรวจสอบภาคสนามการสุ่มตัวอย่างและเคมีน้ำประจำ
ผลที่ได้สอดคล้องกับสมมติฐาน: mesocosms กลายเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีความสามารถในการใช้สารอาหารที่เพิ่มขึ้นในการจำลองแบบ กลุ่มควบคุมถูกครอบงำโดยสายพันธุ์ที่สามารถประมวลผลข้อมูลทางชีววิทยาในราคาที่ถูกลง
“ การศึกษานี้มีเอกลักษณ์และทรงพลังเพราะใช้แนวคิดจากการศึกษาระบบนิเวศของสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่และนำไปใช้กับชุมชนจุลินทรีย์ในการทดลองทั้งระบบนิเวศ” Jim Elser ผู้เขียนอาวุโสจาก School of Life Sciences ของ ASU กล่าว “ โดยการทำเช่นนั้นเราสามารถที่จะระบุและยืนยันได้ว่ามีลักษณะของจีโนไมด์พื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับการตอบสนองของจุลินทรีย์ในระบบต่อสถานะสารอาหารของระบบนิเวศโดยไม่คำนึงถึงเอกลักษณ์ของสายพันธุ์ของจุลินทรีย์เหล่านั้น”
ผลการศึกษาครั้งนี้บอกเราบางอย่างเกี่ยวกับวิธีชีวิตอาจทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและ / หรือสารอาหารที่ไม่ดีในโลกอื่น ไม่ว่าสิ่งมีชีวิตจะต้องมีความสามารถในการประมวลผลข้อมูลทางชีวภาพอย่างละเอียดซึ่งสามารถใช้ประโยชน์จากทรัพยากรที่สำคัญในสภาพแวดล้อมของพวกเขา และสภาพแวดล้อมที่พวกเขาพบว่าตนเองเป็นตัวกำหนดสิ่งเหล่านั้น
“ นี่เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นมากเพราะมันแสดงให้เห็นว่ามีกฎเกณฑ์ของชีวิตที่ควรนำไปใช้กับชีวิตบนโลกและอื่น ๆ ” โอเคกล่าว
มากกว่า:
- ข่าวประชาสัมพันธ์: กฎแห่งชีวิต: จากบ่อน้ำสู่เบื้องลึก
- รายงานการวิจัย: การดัดแปลงจีโนมในการประมวลผลข้อมูลหนุนกลยุทธ์ทางโภชนาการในการทดลองการเสริมสารอาหารทั้งระบบนิเวศ
- การวิจัยที่เกี่ยวข้อง: การชุมนุมของแบคทีเรียในชุมชนบนพื้นฐานของยีนที่ใช้งานได้มากกว่าสปีชีส์
