Τα περίεργα βακτήρια των σπηλαίων σχηματίζουν ένα πολυκύτταρο «σώμα», όπως τα φυτά και τα ζώα | Επιστήμη

Ένα βακτήριο που περιγράφηκε πρόσφατα ανατρέπει τι σημαίνει να είσαι ένας πολύπλοκος οργανισμός. Το παράξενο μικρόβιο, που ανακαλύφθηκε από Ιάπωνες οικολόγους που αναζητούν βιοδιασπώμενα πλαστικά, ξεκινά ως ένα μόνο κύτταρο. Αλλά αντί να παραμείνει ένα μόνο κύτταρο όπως τα περισσότερα μικρόβια, αναπτύσσει ένα οργανωμένο σώμα που αποτελείται από εκατοντάδες κύτταρα. Όταν έρθει η κατάλληλη στιγμή, το κυτταρικό συγκρότημα εκτοξεύει μια νέα γενιά μεμονωμένων κυττάρων για να ξαναρχίσει αυτόν τον πολυκύτταρο κύκλο ζωής, ενεργώντας σαν ένα φυτό που αναπτύσσεται και παράγει σπόρους ή ένας άνθρωπος που γεννά μωρά.

Η εργασία “ανοίγει έναν νέο φακό για να εξερευνήσει μια νέα μορφή πολυκυτταρικότητας”, δήλωσε ο William Ratcliff, ένας εξελικτικός βιολόγος στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Τζόρτζια που δεν συμμετείχε στην εργασία.

Η εμφάνιση πολυκύτταρων οργανισμών ήταν μια σημαντική εξελικτική πρόοδος για τη ζωή στη Γη. Επέτρεψε στα πλάσματα να αναπτύξουν κύτταρα με εξειδικευμένους ρόλους, να μεγαλώσουν και να χρησιμοποιήσουν περισσότερο το περιβάλλον τους. Τα φυτά και τα ζώα είναι παραδείγματα σχολικών βιβλίων πολυκύτταρης ζωής, αλλά ορισμένα μικρόβια παρουσιάζουν επίσης μερικές απλές πτυχές της ομαδικής συμπεριφοράς. Για παράδειγμα, τα μικρόβια που ονομάζονται κυανοβακτήρια σχηματίζουν πολύπλοκες αλυσίδες κυττάρων. Και υπό άγχος, το μονοκύτταρο Μυξόκοκκος Τα βακτήρια ενώνονται για να σχηματίσουν ένα κινητό καρποφόρο σώμα με μίσχο, το οποίο τους επιτρέπει να κινούνται αναζητώντας καλύτερες συνθήκες.

Ο Kouhei Mizuno δεν έψαχνε για περισσότερα παραδείγματα τέτοιας μικροβιακής πολυπλοκότητας όταν συνέλεξε ένα βακτήριο με το όνομα “HS-3” από μια σπηλιά στο Kyushu, ένα νησί στη νότια Ιαπωνία πριν από 17 χρόνια. Ο μικροβιακός οικολόγος από το Εθνικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Ιαπωνίας και οι συνεργάτες του είχαν συλλέξει μικρόβια από ακραία περιβάλλοντα, όπως θερμές πηγές και σπηλιές. Ήλπιζαν να βρουν νέα ένζυμα που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή βιοαποδομήσιμων πλαστικών. Όταν μεγάλωσε το HS-3 σε εργαστηριακό πιάτο, η ασυνήθιστη ιριδίζουσα λάμψη του υποδηλώνει ότι δεν ήταν ένα συνηθισμένο μικρόβιο.

Τα νήματα HS-3 σχηματίζουν μια μακριά, πτυσσόμενη αλυσίδα.Kouhei Mizuno

Ο Mizuno και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι όταν μεμονωμένα κύτταρα HS-3 προσγειώθηκαν σε μια επιφάνεια, άρχισαν να διαιρούνται σε μακριά νήματα. Αυτά τα νήματα σχηματίζουν μια μακριά αλυσίδα που διπλώνει (δείτε το παραπάνω βίντεο) για να σχηματίσει μια πολύχρωμη 2D διάταξη, παρόμοια με τους υγρούς κρυστάλλους που βρίσκονται σε κινητά τηλέφωνα και άλλες ηλεκτρονικές οθόνες. Κανένα άλλο μικρόβιο δεν είναι γνωστό να το κάνει αυτό. Μετά από περίπου. Στις 5 ημέρες, το επίπεδο φύλλο άρχισε να πυκνώνει καθώς συσσωρεύτηκε ένα σφαιρίδιο αδιαφανών κυττάρων σε σχήμα ράβδου. Όταν βυθίστηκαν στο νερό, αυτά τα κύτταρα εκτοξεύτηκαν από το συναρμολογημένο «σώμα» του μικροβίου (δείτε παρακάτω βίντεο), έτοιμα να ξεκινήσουν μια νέα αποικία, ανέφερε η ομάδα αυτό το μήνα στο eLife. Τα κύτταρα σε σχήμα ράβδου «με έκαναν να νιώσω σαν να συναντούσα ένα εξωγήινο σκουλήκι σε μια ταινία επιστημονικής φαντασίας», θυμάται ο Mizuno.

Τα κύτταρα σε σχήμα ράβδου εκρήγνυνται από το μικροβιακό «σώμα» όταν βυθίζονται στο νερό.Kouhei Mizuno

Σε αντίθεση με άλλες γνωστές μορφές πολυκύτταρων βακτηρίων, το HS-3 δεν είχε απλώς διαφορετικούς τύπους κυττάρων. Κάθε τύπος είχε μια ξεχωριστή δομή και σχηματιζόταν σε διαφορετικά σημεία του κύκλου ζωής του, σαν να ανταποκρινόταν σε συγκεκριμένα περιβαλλοντικά σημάδια – σε αυτήν την περίπτωση, τη βύθιση στο νερό. Για ένα μικρόβιο, «αυτές οι λεπτομέρειες είναι αρκετά περίεργες», λέει ο Marco La Fortezza, εξελικτικός βιολόγος στο ETH Ζυρίχης που δεν συμμετείχε στην εργασία.

Ωστόσο, ο τρόπος ζωής ακολουθεί μια συγκεκριμένη λογική, επισημαίνει ο Mizuno: Το HS-3 συναρμολογήθηκε από έναν τοίχο πάνω από ένα υπόγειο ρεύμα. Σε αυτό το τοίχωμα μπορεί να σχηματίσει το σώμα του και να συλλέξει τα κύτταρα που μοιάζουν με ράβδο. Στη συνέχεια, όταν η βροχή κάνει το ρεύμα να ανέβει και να πλημμυρίσει το σώμα, αυτά τα κύτταρα απελευθερώνονται και εξαπλώνονται στο περιβάλλον.

«Είναι ένα συναρπαστικό είδος οργανισμού», λέει ο Paul Rainey, ένας εξελικτικός γενετιστής στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για την Εξελικτική Βιολογία. «Θα ήθελα να μάθω πολλά περισσότερα γι’ αυτό». Αλλά αυτός και άλλοι δεν είναι πεπεισμένοι ότι ο πολυκύτταρος χαρακτήρας του HS-3 είναι αντίστοιχος με έναν άνθρωπο, ένα πεύκο ή ακόμα και μια μέδουσα.

«Ο όρος «πολυκυτταρικότητα» δεν είναι καλά καθορισμένος», εξηγεί η Katrin Hammerschmidt, εξελικτική βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Christian Albrecht του Κιέλου, επομένως είναι δύσκολο να πούμε εάν το HS-3 πληροί τις προϋποθέσεις. Στο μυαλό της, τα κύτταρα ενός αληθινού πολυκύτταρου οργανισμού μπορούν να επιβιώσουν και να αναπαραχθούν μόνο ως μέρος ενός μεγαλύτερου οργανισμού – κάτι που δεν ισχύει για το HS-3. Και αυτή και άλλοι τονίζουν ότι οι πολυκύτταροι μεγαλύτεροι οργανισμοί πρέπει να είναι ευαίσθητοι στη φυσική επιλογή. Ως εκ τούτου, για αυτήν, «το βακτήριο των σπηλαίων είναι ένα άλλο παράδειγμα προκαρυώτου με παροδικό πολυκύτταρο στάδιο».

Ο Ράτκλιφ παραδέχεται ότι η κατάσταση του HS-3 είναι στον αέρα. «Είναι πολυκύτταρο», λέει, «και [then] είναι η πολυκυτταρικότητα, όπου η κυτταρική ομάδα γίνεται η εξελικτική μονάδα». Είναι σαφές ότι αυτό το βακτήριο είναι πολυκύτταρο, αλλά χρειάζονται περισσότερες μελέτες για να αποδειχθεί η πολυκυτταρικότητά του, λένε ο ίδιος, ο Rainey και ο Mizuno.

Ανεξάρτητα από αυτό, όλοι οι επιστήμονες συμφωνούν ότι η ανακάλυψη του HS-3 παρέχει ισχυρές αποδείξεις για το ρόλο του περιβάλλοντος -σε αυτή την περίπτωση, των πλημμυρών- στην ενθάρρυνση της εξέλιξης πολύπλοκων οργανισμών. «Όσο περισσότερα διαφορετικά παραδείγματα ανακαλύπτουμε και αναλύουμε», λέει ο Hammerschmidt, «τόσο περισσότερα μαθαίνουμε για την προέλευση και τη διατήρηση της πολυκυτταρικότητας».

Leave a Comment