Кислотолюбивый микроб помогает понять прошлый климат Земли
Исследование Дартмутского колледжа показывает, что доступность пищи и энергии вызывает физические изменения в кислотолюбивых микроорганизмах, которые используются для изучения истории климата Земли.
Открытие, что на мембраны одноклеточных архей влияют факторы помимо температуры, усложняет палеоклиматические исследования. Традиционно окаменелые останки этих микробов использовали для реконструкции прошлых климатических условий.
Археи — один из трёх основных доменов жизни наряду с бактериями и эукариотами (к которым относятся животные и растения).
Результаты исследования, опубликованные в Environmental Microbiology, могут помочь разрешить разногласия в палеоклиматических исследованиях и способствовать более детальному пониманию климатических систем планеты.
Липиды как запись стресса
Клеточные мембраны состоят из липидов, защищающих клетки от изменений окружающей среды: температуры, кислотности и доступности пищи. Колебания этих внешних условий заставляют организмы менять структуру мембраны для выживания.
Обычные морские археи реагируют на сдвиги температуры, изменяя «эффективность упаковки» своих липидных мембран. Близость этой боковой упаковки между отдельными липидами можно регулировать, изменяя количество молекулярных колец в липидах. Подсчёт колец в этих сохранившихся липидах позволяет исследователям использовать древние отложения микроорганизмов для определения прошлых температур океана.
Изучение экстремофилов
В то время как большинство исследований мембран архей сосредоточено на видах, живущих в озёрах и океанах, учёные из Дартмута изучили термоацидофилов — любящих кислоту и тепло родственников, изначально эволюционировавших в горячих источниках. Команда сосредоточилась на влиянии различной доступности пищи и энергии, а не температуры.
Для экспериментов использовали термоацидофила Sulfolobus acidocaldarius из-за его близкого эволюционного родства с морскими археями и его распространённости в экстремальных средах в прошлом Земли. Быстрый рост микроба также делает его удобным для лабораторных экспериментов.
Эксперимент в биореакторе
Исследователи поместили организм в биореактор с постоянной температурой 80°C и уровнем pH, близким к аккумуляторной кислоте. Контролируя количество сахара, доступного микробу, команда показала прямую связь между уровнем пищи и количеством колец в мембране.
Такой подход с биореактором позволил полностью изолировать эффект ограничения сахара, в отличие от большинства экспериментов в закрытых системах, где множество переменных меняются со временем и искажают результаты.
Уточнение климатических записей
Исследование направлено на помощь геологам и климатологам в уточнении записей о прошлых температурах поверхности моря при восстановлении картины прошлого климата Земли.
Существующий прокси-метод TEX86, полагающийся на данные мембран архей для определения прошлых температур, точен для большинства условий поверхности моря. Однако есть заметные аномалии, например, в полярных регионах, где прогнозы TEX86 могут расходиться с фактическими измерениями.
Поскольку ограничение энергии — частое явление, заставляющее этих микробов изменять типы и структуру производимых липидов, эта реакция может быть универсальной для всех архей. Этот фактор необходимо всегда учитывать при интерпретации липидов, извлечённых из древних отложений.