«آمیبِ آتشین» رکورد تحمل گرما را شکست

در آب‌های سوزان پارک ملی آتشفشانی لسن در کالیفرنیا، یک تک‌سلولی در حال حرکت و پیچ‌وتاب، به‌تازگی رکورد تازه‌ای در تحمل گرما ثبت کرده است.

کد خبر: ۸۹۷۷۱۰

تاریخ: ۱۰ آذر ۱۴۰۴ - ۱۳:۵۸

به‌گزارش انتخاب و به نقل از  sciencealert؛ این جاندار که به‌تازگی Incendiamoeba cascadensis نام گرفته—به معنای «آمیب آتشین از کاسکیدز» و همان‌طور که در نسخه پیش‌انتشار bioRxiv توصیف شده—می‌تواند در دماهایی تا ۶۳ درجه سانتی‌گراد رشد و تقسیم سلولی داشته باشد؛ بالاترین دمای ثبت‌شده برای هر موجود یوکاریوتی شناخته‌شده.

جالب‌تر اینکه این جاندار اصلاً تا دما به ۴۲ درجه سانتی‌گراد نرسد، شروع به رشد نمی‌کند. این ویژگی آن را به یک «ترموفیل اجباری» تبدیل می‌کند—یعنی موجودی که فقط در شرایطی بسیار گرم‌تر از حد تحمل بیشتر یوکاریوت‌ها می‌تواند زنده بماند.

تیمی از زیست‌شناسان به سرپرستی «اچ. بریل رپا پورت» و «آنجلا الیوریو» از دانشگاه سیراکیوز نیویورک می‌نویسند:

«یافته‌های ما چارچوب فعلی درباره محدودیت‌های دمایی سلول‌های یوکاریوتی را به چالش می‌کشد و درک ما را از اینکه زندگی یوکاریوتی کجا و چگونه می‌تواند دوام بیاورد، تغییر می‌دهد.»

زندگی روی زمین معمولاً در محدوده شرایط خاصی تجمع دارد و دمای مناسب برای بیشتر جانداران—از جمله انسان‌ها—حدود ۲۰ درجه سانتی‌گراد است.

اما برخی جانداران خود را با شرایطی بسیار سخت‌تر وفق داده‌اند: از منافذ آتشفشانی داغ در اعماق اقیانوس با فشار عظیم گرفته تا چشمه‌های داغ اسیدی و خشک‌ترین بیابان‌های جهان.

چطور یک یوکاریوت تا این حد مقاوم شده است؟

اکثریت قریب‌به‌اتفاق «افراط‌دوست‌ها» (اکستریموفیل‌ها) پروکاریوت‌ها هستند—گروهی شامل باکتری‌ها و آرکئاها. آن‌ها هم تک‌سلولی‌اند، اما از نظر ساختار بسیار ساده‌تر و ابتدایی‌تر از یوکاریوت‌ها هستند.

پروکاریوت‌ها هسته یا اندامک ندارند و اساساً از یک غشای سلولی، پروتئین‌هایی مقاوم و DNA شناور تشکیل شده‌اند؛ و مجهز به روحیه‌ای که آن‌ها را به تحمل شرایط بسیار سخت قادر می‌سازد.

مقاوم‌ترین موجود شناخته‌شده روی زمین در برابر گرما، آرکئایی به نام Methanopyrus kandleri است که در منافذ زیرزمینی اقیانوسی تا دمای ۱۲۲ درجه سانتی‌گراد زنده می‌ماند—جایی که فشار بالا اجازه نمی‌دهد آب بجوشد.

در مقابل، یوکاریوت‌ها—که از آمیب گرفته تا انسان را شامل می‌شوند—دارای هسته، اندامک‌ها، غشاهای داخلی ظریف و ژنوم‌های پیچیده هستند.

به همین دلیل یوکاریوت‌ها بسیار شکننده‌ترند؛ سلول‌ها و اندامک‌هایشان در شرایط سخت به‌سرعت تخریب می‌شود. بنابراین وجود یک یوکاریوت به این میزان مقاوم—مثل I. cascadensis—چشمگیر است.

کشف آمیب آتشین

این جاندار در آب‌های داغ پارک آتشفشانی لسن بین سال‌های ۲۰۲۳ تا ۲۰۲۵ جمع‌آوری شد. رپا پورت، الیوریو و تیمشان توانستند از ۱۴ منطقه از ۲۰ منطقه نمونه‌برداری‌شده، نمونه‌هایی از I. cascadensis به‌دست آورند.

پژوهشگران سپس این نمونه‌ها را کشت دادند تا بفهمند این آمیبِ گرما‌دوست چگونه زنده می‌ماند.

آن‌ها نمونه‌ها را در فلاسک‌های جدا رشد دادند، به آن‌ها گندم‌دانه اضافه کردند تا جامعه باکتریایی برای تغذیه‌ی این آمیب باکتری‌خوار فراهم شود.

سپس دمای هر فلاسک را تغییر دادند تا محدوده تحمل این جاندار را بسنجند—در مجموع ۱۷ دمای مختلف از ۳۰ تا ۶۴ درجه سانتی‌گراد، با چهار فلاسک برای هر دما.

جایی که ماجرا واقعاً حیرت‌انگیز می‌شود

• زیر ۴۲ درجه سانتی‌گراد، آمیب اصلاً رشد نمی‌کرد—دمای محیط برایش کافی گرم نبود.

• بهترین بازه‌ی رشد: ۵۵ تا ۵۷ درجه سانتی‌گراد

• تقسیم سلولی (میتوز) به‌طور مستقیم در ۵۸ و حتی ۶۳ درجه سانتی‌گراد مشاهده شد.

• در ۶۴ درجه سانتی‌گراد آمیب هنوز حرکت می‌کرد.

• این رکورد قبلیِ ۵۷ درجه سانتی‌گراد متعلق به Echinamoeba thermarum را شکست.

حتی سقف ۶۰ درجه سانتی‌گراد که مدت‌ها به‌عنوان «حد نهایی رشد یوکاریوت‌ها» فرض می‌شد، با این کشف نقض شد.

• در ۶۶ درجه سانتی‌گراد، آمیب شروع به ساخت ساختارهای حفاظتی به نام «کیست» کرد—استراتژی‌ای برای ورود به حالت خفتگی.

• جالب اینکه در ۲۵ درجه سانتی‌گراد هم کیست ساخت—که برای یک یوکاریوت عجیب است، زیرا بیشتر آن‌ها به این دما علاقه دارند و بسیاری در دمای اتاق بهترین رشد را دارند.

در آزمایش‌های بعدی:

• حرکت آمیب در ۷۰ درجه سانتی‌گراد متوقف شد، اما با کاهش دما دوباره زنده شد.

• تنها در ۸۰ درجه سانتی‌گراد بود که کاملاً از بین رفت.

راز مقاومت این آمیب در ژنوم آن نهفته است

تحلیل ژنوم این موجود کوچک نشان داد که دارای مسیرهای سیگنال‌دهی سریع، سیستم‌های پاسخ به گرما، مجموعه‌ای گسترده از پروتئین‌های مقاوم به حرارت و چپرون‌های حرارتی است.

در نهایت، توالی‌های DNA تقریباً مشابهی در نمونه‌های DNA محیطی جمع‌آوری‌شده از پارک ملی یلواستون و منطقه آتشفشانی تاپو در نیوزیلند نیز دیده شد—البته وجود DNA به‌تنهایی به معنی وجود موجود زنده نیست.

این احتمال را تقویت می‌کند که I. cascadensis تنها نیست. این کشف نشان می‌دهد زندگی ممکن است بسیار سازگارتر از آن چیزی باشد که تصور می‌کردیم—و شاید در ارزیابی امکان وجود حیات در جهان‌های بیگانه نیز مفید باشد.

پژوهشگران می‌نویسند:

«Incendiamoeba cascadensis در دماهایی رشد می‌کند که پیش‌تر از حد توان هر موجود یوکاریوتی تصور می‌شد. این کشف پرسش‌های تازه‌ای درباره بیشترین دمای ممکن برای بقای یک سلول یوکاریوتی ایجاد می‌کند.»

«این نتایج پیامدهای ژرفی برای درک ما از محدودیت‌های تکاملی سلول‌های یوکاریوتی و مجموعه پارامترهای غیرزیستی دارد که جست‌وجوی حیات در دیگر نقاط کیهان را هدایت می‌کنند.»

این یافته‌ها به‌صورت نسخه پیش‌انتشار در bioRxiv منتشر شده است.