지구에있는 극단 호에 대한 우리의 이해가 점점 높아지면서 우주 생물학에 새로운 가능성이 열렸습니다. 과학자들은 생명을 지탱할 수없는 것처럼 보이는 자원이 부족한 세상을 다시 한 번보고 있습니다. 한 연구팀은 멕시코의 영양 부족 지역을 연구하여 유기체가 어려운 환경에서 어떻게 번성하는지 이해하려고 노력하고 있습니다.
연구원들은 Cuatro Ciénegas Basin이라는 멕시코 지역에서 일했습니다. 약 4,400 만 년 전, 유역은 멕시코만에서 분리 될 때까지 얕은 바다였습니다. 영양이 부족하고 고대 조상이있는 수생 미생물의 본거지이기 때문에 독특한 지역입니다.
새로운 연구의 주저자는 애리조나 주립대 지구 및 우주 탐험 학교의 Jordan Okei입니다. 연구의 제목은 "전체 생태계 영양소 농축 실험에서 정보 처리의 게놈 적응이 영양 전략을 뒷받침한다"입니다. 저널 eLIFE에 게재됩니다.
이 연구는 유기체의 게놈, 유기체의 크기, 정보를 인코딩하는 방법 및 정보의 밀도와 같은 유기체의 기본 측면에 중점을 둡니다. 연구원들은 이러한 특성들이 어떻게 유기체가 Cuatro Ciénegas Basin과 같은 극한 환경에서 번성 할 수있게하는지 연구했습니다. 어떤면에서, 유역은 초기 지구 또는 고대의 젖은 화성에 대한 유사체입니다.
“이 지역은 영양소가 매우 부족하여 많은 생태계가 미생물에 의해 지배되고 있으며 초기 지구의 생태계와 유사 할 수있을뿐만 아니라 생명을 지탱했을 수있는 화성의 과거의 습한 환경과 유사 할 수 있습니다.
유기체가하는 모든 일에는 비용이 들며, 유기체는 비즈니스와 관련하여 많은 타협점을 만듭니다. 이러한 절충은 유기체의 생화학 정보 처리 효율에 영향을 미칩니다. 영양이 부족한 환경에서 적응하고 진화 한 유기체는 대량의 자원을 사용하여 스스로 복제하는 능력에 "투자"하지 않았을 수 있습니다.
그것이 팀의 가설이었고, 그것들을 조사하기위한 실험을 고안했습니다.
J. Craig Venter Institute의 Christopher Dupont 부교수는이 연구의 선임 저자입니다. Dupont는 보도 자료에서“우리는 영양소가 적은 (영양소) 환경에서 발견되는 미생물이 DNA 복제, RNA 전사 및 단백질 번역을위한 저자 원 전략에 의존 할 것이라고 가정했다. 반대로, 영양 영양 (영양소) 환경은 자원 집약적 인 전략을 선호합니다.”
실험은 소위 생태계 인 소위 '메소 코스모스 (messocosms)'를 설정하는 것을 포함했다. 이어서 유기체에 질소 및 인을 함유 한 높은 수준의 비료를 공급 하였다. 이러한 요소는 중배엽 내부의 미생물에서 성장을 증가 시켰습니다. 실험이 끝날 무렵, 그들은 대조군과 비교하여 유기체 군집이 증가 된 영양소에 어떻게 반응 하는지를 조사했다.
그들의 연구에서 저자들은 세포에서 생물학적 정보를 처리 할 수있는 유기체의 능력을 지배하는 네 가지 특성에 초점을 맞췄습니다.
- 단백질 생합성에 필수적인 다수의 유전자 : 영양소가 풍부한 환경에 적응 된 Copiotrophs 또는 유기체는 더 큰 성장 속도에 기여하는 더 많은 수의 유전자를 가져야합니다. 그러나 영양이 부족한 환경에서는 단점이 있으며 복제 속도가 높을수록 성장 효율이 떨어질 수 있습니다.
- 게놈 크기 : 게놈이 더 작은 유기체는 복제하는 데 더 적은 자원이 필요하며 세포 크기가 더 작습니다. 이 유기체는 상대 영양소가 풍부한 시간이 지나면 영양이 부족한 조건에 더 빨리 반응 할 수 있습니다.
- 구아닌 및 시토신 함량 : 구아닌 및 시토신은 뉴클레오티드 염기이다. 과학자들은 그 이유를 정확히 알지 못하지만 게놈에 높은 GC 수준을 가진 유기체는 자원이 풍부한 환경에서 더 좋을 것입니다. 아마도 GC가 생산하기에 "비싸기"때문일 것입니다. 따라서 GC 함량이 낮은 유기체는 자원이 부족한 환경에서 더 잘할 수 있습니다.
- 코돈 사용 편향 : 코돈은 DNA 또는 RNA 뉴클레오티드 삼중의 서열이다. 코돈은 단백질 합성 동안 다음에 추가 할 아미노산을 지정합니다. 여러 가지 다른 코돈이 아미노산을 코딩 할 수 있지만 영양소가 풍부한 환경에서는 자원을 더 빨리 사용하는 코돈이 상대 성분보다 편향되어 있어야합니다.
이 연구는 4 가지 특성을 모두 살펴 보았으므로 이전 연구는 그 중 하나 또는 두 가지에만 중점을 두었 기 때문에 다릅니다. 이 연구는 또한 이러한 특성이 커뮤니티에서 어떻게 작동하는지 살펴보고 이전 연구는 다른 접근법을 취했습니다. "우리의 연구는 참여한 최초의 전체 생태계 실험 중 하나로 주목됩니다.실험 수준의 복제 지역 사회 대응에 대한 metagenomic 평가.”
"이 연구는 대형 유기체의 생태 연구에서 아이디어를 가져와 전체 생태계 실험에서 미생물 군집에 적용하기 때문에 독특하고 강력합니다."
ASU 생명 과학부 선임 저자 Jim Elser
실험은 32 일간 지속되었으며 Cuatro Ciénegas 분지의 Lagunita 연못에서 진행되었습니다. 그 기간 동안 연구원들은 현장 모니터링, 샘플링 및 일상적인 물 화학을 수행했습니다.
결과는 가설과 일치했다 : 중배엽은 증가 된 영양소를 복제에 사용할 수있는 능력이 더 큰 유기체에 의해 지배되었다. 대조군은 생물학적 정보를 감소 된 비용으로 처리 할 수있는 종에 의해 지배되었다.
ASU의 생명 과학부 (University of Life Sciences)의 수석 저자 짐 엘저 (Jim Elser)는“이 연구는 큰 유기체에 대한 생태 학적 연구에서 아이디어를 얻어 전체 생태계 실험에서 미생물 공동체에 적용하기 때문에 독특하고 강력하다. "이를 통해 우리는 아마도 처음으로 미생물의 종 정체성과 상관없이 생태계 영양 상태에 대한 체계적인 미생물 반응과 관련된 근본적인 게놈 전체 특성이 있음을 확인하고 확인할 수있었습니다."
이 연구의 결과는 다른 세계의 극한 및 / 또는 영양이 부족한 환경에서 생명체가 어떻게 기능 할 수 있는지에 대해 알려줍니다. 유기체가 어디에 있든, 환경에서 핵심 자원을 활용할 수있는 미세 조정 된 생물학적 정보 처리 기능이 있어야합니다. 그들이 찾은 환경에 따라 환경이 결정됩니다.
Okie는“이것은 지구와 그 이후의 삶에 일반적으로 적용 할 수있는 삶의 규칙이 있음을 시사하는 매우 흥미로운 일입니다.
더:
- 보도 자료 : 생활 규칙 : 연못에서 그 너머까지
- 연구 논문 : 전체 생태계 영양소 농축 실험에서 정보 처리의 게놈 적응이 영양 전략을 뒷받침한다
- 관련 연구 : 종이 아닌 기능성 유전자를 기반으로 한 박테리아 커뮤니티 어셈블리
