«Огненная амёба» раздвигает пределы возможного для сложной жизни

Представьте Incendiamoeba cascadensis — «огненную амёбу Каскадных гор». Этот одноклеточный организм способен размножаться при температуре до 63 градусов Цельсия. Это новый рекорд для сложного организма.

Анджела Оливерио, микробиолог из Сиракузского университета, изучает границы возможного.

«Есть очень глубокое любопытство и желание понять жизнь на её пределах и в самых экстремальных условиях, — говорит она. — И где эта граница, и каковы наши истинные ограничения».

Это немного напоминает сверхэлитных спортсменов, которые толкают себя «до абсолютного максимума того, что мы считаем человечески возможным», говорит она. «Но в этом случае мы просто расширяем это на жизнь в целом» — конкретно на микроскопическую жизнь.

Оливерио изучает организмы, называемые экстремофилами, — так их называют потому, что они процветают в необычно суровых условиях, например при высоких температурах. Рекордсмены в этом отношении — простые организмы вроде бактерий и группы, называемой археями, некоторые виды которых живут при температуре 100 градусов Цельсия или выше — точке кипения воды.

Но Бэрил Раппапорт, докторант в лаборатории Оливерио, говорит, что до сих пор та же способность переносить жару была меньше изучена у эукариот — группы, члены которой включают множество разных видов, от людей до одноклеточных амёб. Эти организмы имеют более сложные клетки, содержащие ядро и другие структуры.

Раппапорт говорит, что часть причины может просто состоять в том, что учёные ещё не нашли нужных эукариот. «Так мало было описано, особенно в деталях. Нам есть чему у них научиться».

Теперь она и её коллеги добавили поразительный новый организм в пантеон: вид, который они называют огненной амёбой, поднимающей ключевой температурный предел для сложных клеток ещё примерно на пять градусов. Результаты опубликованы в журнале Cell.

Это может показаться скромным улучшением, но Оливерио вспоминает четырёхминутную милю для бегунов, которую долго считали невозможной. Как только один спортсмен её пробежал, прошло всего несколько недель, прежде чем это повторилось.

«Дело было не столько в том, на сколько именно был побит этот рекорд, сколько в доказательстве, что это возможно», — говорит она.

Маленькая клетка, которая любит жару

Чтобы сделать это открытие, исследователи и их коллеги отправились в своего рода экспедицию в Национальном парке Лассен-Волканик в северной Калифорнии.

«Это один из наименее посещаемых национальных парков в США», — говорит Оливерио.

«Он очень красивый, — добавляет Раппапорт. — Очень гористый. Все эти сосны. Много бабочек порхает вокруг. Он пережил довольно сильные пожары в прошлом десятилетии, так что много нового подлеска. А потом эти маленькие дымящиеся геотермальные карманы».

Один такой карман — приток небольшого водотока под названием Хот-Спрингс-Крик, «который вы почти пропустили бы, потому что он окружён высокой травой», говорит Раппапорт.

Исследовательская команда решила взять там образцы, используя сверхдлинные барбекю-щипцы, чтобы держать ряд флаконов, которые Раппапорт окунала в дымящуюся воду.

Позже, в лаборатории, она поместила образцы воды под микроскоп, сняла их на видео и ускорила запись. И тогда она увидела что-то движущееся. Оно, казалось, выпячивалось, втягивалось и плавно меняло форму — как будто выполняло версию горячей йоги для одной клетки.

«Это определённо амёба, — вспоминает она свои мысли. — Это характерное движение амёбы».

Эта амёба, однако, была способна размножаться при температуре до 63 градусов Цельсия. Это новый рекорд для сложного организма. Она также может продолжать двигаться при температуре до 64 градусов и защищать себя в воде температурой до 70 градусов. Когда Раппапорт и её коллеги изучили её геном, они поняли, что имеют дело с новым видом.

Команда назвала его Incendiamoeba cascadensis, что переводится как «огненная амёба Каскадных гор».

Экстремофил, которому есть чему научить

Следующий вопрос, который исследовали учёные, — как огненная амёба может процветать при таких высоких температурах.

Когда они сравнили геном нового вида с геномами других амёб, они заметили, что огненная амёба имеет способы поддерживать свои белки и мембраны стабильными при более высоких температурах.

Это находка, которая может быть использована для расширения поиска жизни. «Думая не только о том, каковы пределы жизни и что возможно здесь, но и о том, что может быть возможно в других местах», — говорит Оливерио.

Кроме того, она утверждает, что температурная устойчивость амёбы может дать ключи для создания жароустойчивых культур или лекарств, стабильных в более широком диапазоне температур.

«Я могу сказать по опыту, что действительно трудно найти действительно классный экзотический организм и фактически превратить его во что-то, что оказывает большое влияние на другие виды», — говорит Дебашиш Бхаттачарья, эволюционный биолог из Университета Ратгерса, не участвовавший в исследовании.

«Но потенциал найти что-то удивительное всегда есть, это точно», — добавляет он.

Бхаттачарья говорит, что у других экстремофилов их геномы стали более компактными. «Это называется упрощением генома, — говорит он, — так они могут конкурировать с бактериями, у которых меньшие геномы и которые живут в этих суровых средах».

Это не относится к огненной амёбе, у которой геном больше, чем у её родственников. «Она пошла другим путём, — говорит Бхаттачарья, — так что я думаю, это действительно интересно».

Оливерио находит это столь же интересным. И теперь, когда огненная амёба задокументирована, она думает, что это только начало. Больше учёных, надеется она, теперь отправятся искать другие сложные организмы с такими экстремальными способностями.

«Возможно, верхний температурный рекорд скоро будет побит снова», — говорит она.