يدرس علماء الأحياء في جامعة سيراكيوز كيفية ازدهار حقيقيات النوى الميكروبية في البيئة القاسية للبحيرات الحرارية الأرضية. تشير التقديرات إلى أن هناك ما يقرب من 8.7 مليون نوع من حقيقيات النوى على الأرض. تتميز حقيقيات النوى بوجود نواة وعضيات أخرى مرتبطة بغشاء داخل الخلية. على الرغم من أن الناس غالبًا ما يربطون حقيقيات النوى بالحيوانات والنباتات، إلا أن هذه الأشكال من حقيقيات النوى لا تشكل في الواقع سوى اثنتين فقط من الفئات الست الرئيسية لحقيقيات النوى.
أمضى أوليفيريو ورابابورت الصيف في إجراء بحث ميداني في متنزه لاسين البركاني الوطني في كاليفورنيا، والذي يعد موطنًا للعديد من التضاريس الحرارية المائية. المصدر: جامعة سيراكيوز
يتكون جزء كبير من تنوع حقيقيات النواة من كائنات دقيقة وحيدة الخلية تسمى الطلائعيات. ومن خلال دراسة هذه الكائنات، يمكن للعلماء استكشاف المسارات التطورية التي تفسر التنوع الغني والتعقيد في حقيقيات النوى. ومن خلال هذه الدراسات يمكننا التعرف على تطور الحياة الحيوانية على الأرض، مثل ظهور الكائنات المتعددة الخلايا.
بينما يعمل الباحثون على فهم أفضل للآليات الكامنة وراء تطور الأنواع على الأرض، تظل الأسئلة قائمة حول كيفية تكيف حقيقيات النوى الميكروبية مع بيئات الأرض القاسية. للتعمق أكثر في هذا السؤال، يقوم العلماء في قسم الأحياء بكلية الآداب والعلوم (A&S) حاليًا بدراسة الكائنات الحية المحلية التي تعيش في بعض من أقسى البيئات على وجه الأرض: البحيرات الحرارية الأرضية شديدة الحرارة والحمضية.
عالمتا الأحياء في A&S أنجيلا أوليفيريو (يسار) وهانا رابابورت في أكبر بحيرة للطاقة الحرارية الأرضية في الولايات المتحدة في متنزه لاسين البركاني الوطني في كاليفورنيا. مصدر الصورة: جامعة سيراكيوز
عاد فريق بقيادة الأستاذة المساعدة في علم الأحياء أنجيلا أوليفيريو مؤخرًا من متنزه لاسين البركاني الوطني في كاليفورنيا، موطن أكبر بحيرة حرارية أرضية في الولايات المتحدة.
قال أوليفريو، الذي سيبدأ العمل في جامعة سيراكيوز في عام 2022: "البحيرة عبارة عن ميزة حرارية أرضية مسخنة ببخار الكبريتات الحمضية، مما يعني أنها ساخنة جدًا (حوالي 52 درجة مئوية / 124 درجة فهرنهايت) وحمضية (حوالي 2 درجة حموضة). وهذا يجعلها بيئة فريدة جدًا لدراسة أليفات الحموضة المتعددة، وهي كائنات تتكيف مع ظرفين متطرفين أو أكثر - في هذه الحالة، درجة حرارة عالية ودرجة حموضة منخفضة".
فكيف عرفوا البحث عن حياة ميكروبية حقيقية النواة في بحيرة حرارية في كاليفورنيا؟ مؤخرًا، قام أوليفيريو وهانا رابابورت، الباحثة في مختبر أوليفيريو، بنشر ورقة بحثية مشتركة في مجلة Nature Communications. في هذه الورقة، أنشأ فريق البحث قاعدة بيانات تتضمن الأبحاث السابقة حول البحث عن الحياة الميكروبية حقيقية النواة في البيئات القاسية. وعلى وجه التحديد، قاموا بتحليل الأنساب حقيقية النواة التي تم اكتشافها عدة مرات في دراسات مختلفة في ظل ظروف بيئية مماثلة.
صورة لأميبا (نقطة رمادية مستديرة في الخلفية) وطحالب حمراء (أربعة أشكال بيضاوية بيضاء في المقدمة) التقطتها هانا رابابورت باستخدام المجهر الضوئي. تم أخذ العينات من بحيرة الطاقة الحرارية الأرضية في حديقة لاسين البركانية الوطنية. مصدر الصورة: جامعة سيراكيوز
وقال أوليفيريو: "لقد وجدنا أن هناك العديد من سلالات الأميبا التي تميل إلى التواجد في البيئات شديدة الحرارة". "يشير هذا إلى أن دراسة هذه السلالات قد يكون لها آثار مهمة على كيفية تكيف الخلايا حقيقية النواة مع الحياة في بيئات شديدة الحرارة."
ووفقا لأوليفيريو، أظهرت دراسة خاصة أجراها مختبر جوردون وولف بجامعة ولاية كاليفورنيا، أن شيكو أظهر وجود نوع من الأميبا يسمى thermomoebae بكثرة في البحيرة الحرارية الأرضية في حديقة لاسين الوطنية. ومع ذلك، لا توجد حاليا أي بيانات جينومية لهذا الكائن الحي. إن تحديد كيفية تكيف هذا المخلوق مع مثل هذه البيئات القاسية يمكن أن يوسع فهمنا لأنواع البيئات المناسبة للحياة في الكون.
في الصيف الماضي، سافر أوليفيريو ورابابورت إلى متنزه لاسين الوطني لمعرفة المزيد عن هذه الطلائعيات المميزة وللبحث عن كائنات حقيقية النواة جديدة محبة للظروف القصوى. على حافة البحيرة، استخدم الفريق عصا طويلة من الخيزران مع زجاجة سعة 1 لتر عالقة في الأعلى لجمع العينات، وهو ليس بالأمر الهين بالنظر إلى أن مياه البحيرة تزيد عن 100 درجة فهرنهايت. تم بعد ذلك شحن الزجاجات مرة أخرى إلى مختبر أوليفيريو في جامعة سيراكيوز، حيث يقوم الفريق الآن بعزل الخلايا المفردة لتسلسل الجينوم ومراقبة خصائص الأميبا تحت المجهر.
قامت الباحثة في جامعة سيراكيوز، هانا رابابورت، بتغطيس الزجاجات في البحيرة الساخنة لجمع العينات. وبسبب درجات حرارة الماء الدافئة والأرض غير المستقرة، يجب على الباحثين الحفاظ على مسافة آمنة أثناء جمع العينات. مصدر الصورة: جامعة سيراكيوز
وفي حين لا يزال الكثير غير معروف حول كيفية تكيف حقيقيات النوى مع البيئات القاسية، يأمل أوليفريو أن يساعد هذا البحث في سد بعض الفجوات المعرفية الحالية.
صورة لأميبا (نقطة رمادية مستديرة في الخلفية) وطحالب حمراء (أربعة أشكال بيضاوية بيضاء في المقدمة) التقطتها هانا رابابورت باستخدام المجهر الضوئي. تم أخذ العينات من بحيرة الطاقة الحرارية الأرضية في حديقة لاسين البركانية الوطنية.
وقالت: "نعتقد أن هناك شيئًا خاصًا في شكل الأميبا يسمح لها بالاستمرار في هذه السلالات حقيقية النواة، لكن الآلية لا تزال مجهولة". "بناءً على دراستنا، نفترض أن نقل الجينات الأفقي (حركة المعلومات الوراثية بين الكائنات الحية) وتشذيب الجينوم (عندما يحذف الجينوم الجينات التي لا يحتاجها) من البكتيريا، بالإضافة إلى توسيع عائلات الجينات المفيدة بشكل خاص، قد تكون بعض الطرق التي يكتسب بها الطلائعيون مجموعة أدوات للبقاء على قيد الحياة في البيئات القاسية.
سيوفر اكتشاف الفريق على نطاق الجينوم بيانات مهمة مفقودة لإعادة بناء شجرة الحياة. "سيؤدي هذا إلى تعميق فهمنا لتوزيع وتطور الحياة على الأرض."