Mikroba kuno mengungkapkan rahasia evolusi kehidupan di mata air panas Yellowstone
Ilmuwan MSU mempelajari mikroba di mata air panas Yellowstone untuk memahami bagaimana kehidupan beradaptasi dengan peningkatan kadar oksigen. Membandingkan komunitas mikroba di lingkungan oksigen tinggi dan rendah, mereka menemukan ekspresi gen yang berbeda terkait dengan adaptasi oksigen.
Dalam studi yang baru diterbitkan di Komunikasi Alampara ilmuwan dari Montana State University's College of Agriculture memberikan wawasan baru tentang bagaimana mikroorganisme kuno diadaptasi dari lingkungan oksigen rendah Bumi awal dengan kondisi yang kaya oksigen saat ini. Penelitian ini dibangun di atas lebih dari 20 tahun penyelidikan ilmiah di Taman Nasional Yellowstone yang dipimpin oleh profesor MSU Bill Inskeep.
Studi ini, yang ditulis bersama oleh Inskeep, seorang profesor di Departemen Sumber Daya Tanah dan Ilmu Lingkungan, dan Mensur Dlakic, seorang profesor di Departemen Mikrobiologi dan Biologi Sel, meneliti mikroorganisme yang mencintai panas yang ditemukan di dua fitur termal Yellowstone-Consc Spring dan Octopus Spring-berlokasi di taman yang lebih rendah dari taman.
Membandingkan komunitas mikroba di lingkungan oksigen yang berbeda
Inskeep dan Dlakic memilih lokasi karena mereka secara geokimia serupa, dengan satu pengecualian penting: pegas keong lebih tinggi pada sulfida dan oksigen dibandingkan dengan pegas gurita. Untuk alasan itu, mereka dapat fokus pada dua lingkungan termal yang kontras dengan tingkat oksigen rendah dan tinggi.
Tiga jenis mikroba termofilik-organisme yang berkembang di lingkungan suhu tinggi-ditemukan di kedua mata air, yang suhunya melayang di sekitar 190 derajat Fahrenheit. Makalah ini menyatakan bahwa gaya hidup mikroba di lingkungan masing -masing dapat menjelaskan bagaimana kehidupan berevolusi sebelum dan melalui peristiwa oksidasi yang hebat, periode sekitar 2,4 miliar tahun yang lalu ketika atmosfer Bumi beralih dari memiliki hampir tidak memiliki oksigen ke kandungan oksigen yang hampir 20% saat ini.
“Ketika oksigen mulai meningkat di lingkungan, termofil ini kemungkinan penting dalam asal -usul kehidupan mikroba,” kata Inskeep, yang telah melakukan penelitian di Yellowstone sejak 1999. “Ada evolusi organisme yang memanfaatkan oksigen. Octopus memiliki lebih banyak oksigen dan cukup pasti, ada lebih banyak organisme aerobik di sana. Lingkungan ini memiliki karakter yang berbeda. ”
Peran streamer dalam adaptasi mikroba
Mikroorganisme yang dipelajari oleh Inskeep dan Dlakic ditemukan dalam “streamer” yang hidup dalam arus aliran cepat. Streamer, yang terlihat seperti tanaman rumput laut kecil, menempel pada batuan dan benda -benda lain di dalam pegas dan menumbuhkan filamen yang 'bergoyang' di arus.
Meskipun secara visual serupa, pita di Conch dan Octopus Springs menyelenggarakan koleksi mikroba yang sangat berbeda. Meskipun tiga jenis Mikroba adalah umum untuk kedua pegas, pegas gurita oksigen yang lebih tinggi memiliki keragaman yang jauh lebih besar. Itu menawarkan wawasan tentang bagaimana mereka berevolusi untuk berkembang di dunia oksigen yang lebih tinggi, kata para ilmuwan.
Para penulis membandingkan gen pernapasan yang ditemukan di mikroba keong versus pegas gurita. Gen yang disesuaikan dengan oksigen yang sangat rendah adalah “sangat diekspresikan, yang berarti mereka lebih aktif, di pegas keong. Sebaliknya, organisme di musim semi gurita mengekspresikan gen yang disesuaikan dengan kadar oksigen yang lebih tinggi, kemungkinan lebih penting karena kadar oksigen meningkat di seluruh peristiwa oksidasi yang hebat.
Peran unik Yellowstone dalam penelitian evolusioner
Dalam tiga dekade di MSU, Inskeep telah mengumpulkan data luas dari Yellowstone, tetapi dia mengatakan selalu ada lebih banyak untuk dipelajari dan lebih banyak pertanyaan untuk diajukan. Pada tahun 2020, ia dan Dlakic menerima hibah dari peluang National Science Foundation untuk mempromosikan pemahaman melalui program sintesis untuk mempelajari termofil Yellowstone, dan kolaborasi mereka terus menerangi aspek -aspek yang sebelumnya tidak diketahui tentang bagaimana kehidupan di bumi muncul.
Penempatan MSU di ekosistem Yellowstone yang lebih besar juga membuatnya ideal untuk melakukan penelitian jenis ini, kata Inskeep.
“Akan sangat sulit untuk mereproduksi eksperimen semacam ini di laboratorium; Bayangkan mencoba untuk memasang kembali aliran air panas dengan jumlah oksigen dan sulfida yang tepat ”, katanya. “Dan itulah yang sangat menyenangkan tentang mempelajari lingkungan ini. Kita dapat melakukan pengamatan ini dalam kondisi geokimia yang tepat yang perlu diperkuat oleh organisme ini. ”
Dan sementara intrik penyihir musim semi-musim panas mungkin merasa jauh dari kehidupan manusia, mereka memperluas pengetahuan kita tentang bagaimana manusia datang untuk berkembang dan bagaimana berbagai bentuk kehidupan beradaptasi dengan lingkungan mereka untuk memastikan kelangsungan hidup mereka, kata Dlakic.
“Mungkin tampak berlawanan dengan intuisi untuk memahami kehidupan yang kompleks dengan mempelajari sesuatu yang sederhana, tapi itulah yang harus dimulai,” katanya. “Kamu harus berpikir untuk memahami di mana kita sekarang.”
Referensi: “Proses pernapasan hipertermofil awal yang berevolusi dalam komunitas mikroba geotermal sulfid dan rendah oksigen” oleh William P. Inskeep, Zackary J. Jay, Luke J. McKay dan Mensur Dlakić, 2 Januari 2025, Komunikasi Alam.
Doi: 10.1038/s41467-024-55079-z
