Nowy raport: Bakteria po stu milionach lat nadal żywa!


Jerry A. Coyne 2020-08-08


Osłupiałem. Nowy raport w piśmie “Nature Communications” pokazuje, że pewne bakterie mogą pozostawać w uśpieniu przez ponad 100 milionów lat w osadach morskich – niewiarygodna ilość czasu, by organizm pozostał “żywy” – jeśli można to nazwać “żywym”. Ja to robię: w końcu, zebrane i ożywione przez badaczy bakterie zachowały zdolność przemiany materii, pobierania organicznych substancji i rozmnażania się. Uśpienie, przynajmniej dla mnie, nie jest tym samym, co “śmierć”.


Kliknij na link pod zrzutem z ekranu, żeby przeczytać artykuł (pdf jest tutaj).




https://www.nature.com/articles/s41467-020-17330-1


Eksperyment był pracochłonny, ale wyniki są proste. Jeśli chcesz poznać wszystkie drastyczne szczegóły, artykuł jest dostępny.


W skrócie, autorzy pobrali próbki gliniastych osadów w różnym wieku z Kręgu Południowego Pacyfiku i zapewniają, że zrobili to w taki sposób, by wykluczyć zanieczyszczenie nowoczesnymi bakteriami. Wspierając swoje twierdzenie tym, że bakterie, które znaleźli wewnątrz rdzeni pobranych z dna morskiego, były rzeczywiście bakteriami in situ, argumentowali, że glina jest niemal nieprzepuszczalna dla bakterii, z bardzo małymi porami, a ponad pobranymi osadami była gruba, nieprzepuszczalna warstwa. I mieli bardzo rygorystyczne środki ostrożności, by zapobiec zanieczyszczeniu.  


Aby zobaczyć, czy jakieś bakterie w osadach są zdolne do biologicznej aktywności włącznie z reprodukcją, testowali “anabolizm” (syntezę cząsteczek) przez trzymanie bakterii z tlenem (bakteriom kontrolnym nie dano tlenu), jak też z radioaktywnie oznakowanymi cząsteczkami, które można było pobrać i zamienić w białka i inne cząsteczki. Dodane cząsteczki obejmowały 13C6-glukozy, 13C2-octanu, 13C3-kwasu pirogronowego, 13C-dwuwęglanu, 13C-15N-mieszanki aminokwasów [mieszanka 20 aminokwasów] i 15N-amonu. Inną kontrolą było zabijanie bakterii formaldehydem. Badacze mogli wtedy zobaczyć przez mikroskop fluorescencyjny i radioaktywną wizualizację, czy prekursorowe cząsteczki zostały pobrane przez bakterie.  


Wreszcie, badacze mogli izolować bakterie w różnych momentach czasowych (próbki sprawdzające aktywność, wzrost i obecność bakteryjną pobrano w trzecim i szóstym tygodniu oraz po 18 miesiącach), żeby zobaczyć, czy wzrasta bakteryjne miano, tj., czy się dzielą. Na koniec autorzy wyizolowali RNA (16S rRNA) z indywidualnych bakterii, namnożyli, zsekwencjonowali powoli ewoluujący RNA i zobaczyli, do jakich grup żyjących bakterii należały te prastare bakterie. (To zakłada, że nadal możemy rozpoznać grupy z nowoczesnych sekwencji, ale te cząsteczki ewoluują bardzo powoli.)


Wyniki:

1.) Aerobowe bakterie (bakterie, które potrzebują tlenu) nadal były zdolne do życia, rozpoczynając metabolizm i reprodukcję nawet, kiedy pochodził z osadów w wieku 101,5 milionów lat. Anaerobowym bakteriom, które nie potrzebują tlenu, nie poszło nawet w przybliżeniu tak dobrze i autorzy sądzą, że także niskie koncentracje tlenu w osadach przez czas geologiczny po prostu zabijają anaerobowe bakterie.


Tutaj jest ilustracja z artykułu, która pokazuje zdjęcia bakterii, z tymi samymi bakteriami badanymi następnie na pobór dodanych cząsteczek. Podpis jest skomplikowany, ale możecie zobaczyć, że szczególnie z dodanymi aminokwasami (i tlenem) komórki świecą się intensywnie (d i h są obrazami z mikroskopu elektronowego tych samych bakterii, pokazanych jako świecące w rzędach).


(from paper): Cells from incubations of U1365 9H-3 with 13C-bicarbonate and 15N ammonium (a–d) and 13C,15N-Amino acid mix (e–h). (a, e) SYBR Green I-stained cells under fluorescence microscopy. b, c, f, g Ratio images of 13C/12C (b, f) and 12C15N/12C14N ratios (c, g) of the same regions imaged in a, e, demonstrating locations of 13C and 15N incorporation. Color-scale ranges of the ratios are shown as numbers appearing at top and bottom of the color bar. The background membrane region, which is identified by fluorescence images, is excluded from the ratio calculation and shown as black background. d, h. Secondary electron (NanoSIMS) images of the same regions in a, e. Bars represent 5 µm. Similar images were processed for obtaining the dataset (Supplementary Data 1) of substrate incorporations for 6986 individual cells. 

(from paper): Cells from incubations of U1365 9H-3 with 13C-bicarbonate and 15N ammonium (a–d) and 13C,15N-Amino acid mix (e–h). (a, e) SYBR Green I-stained cells under fluorescence microscopy. b, c, f, g Ratio images of 13C/12C (b, f) and 12C15N/12C14N ratios (c, g) of the same regions imaged in a, e, demonstrating locations of 13C and 15N incorporation. Color-scale ranges of the ratios are shown as numbers appearing at top and bottom of the color bar. The background membrane region, which is identified by fluorescence images, is excluded from the ratio calculation and shown as black background. d, h. Secondary electron (NanoSIMS) images of the same regions in a, e. Bars represent 5 µm. Similar images were processed for obtaining the dataset (Supplementary Data 1) of substrate incorporations for 6986 individual cells.

 


2.) Bakterie dzieliły się, co mierzono wzrostem ich liczby w próbach w miarę upływu czasu.


3.) Było znacznie trudniej znaleźć metabolizująca anaerobowe bakterie niż aerobowe.
Te pierwsze były praktycznie martwe.


4.) Linie rodowe bakterii zidentyfikowanych w osadach
, sądzone na podstawie sekwencjonowania ich i porównania 16S rRNA do nowoczesnych próbek, obejmują Actinobacteria,  Bacteroidetes,  Firmicutes,  Alphaproteobacteria,  Betaproteobacteria,  GammaproteobacteriaDeltaproteobacteria, oraz sinice (“cyjanobakterie”). Byłoby ciekawe porównanie sekwencji tych wczesnych gatunków z ich nowoczesnymi krewnymi, żeby zobaczyć dokładnie, ile i jakiego rodzaju zachodziło ewolucji.  


5.) Jak przeżyły?
 Jedną hipotezą było, że przetrwały jako uśpione spory, co może trwać długo u bakterii. Wykluczono jednak tę możliwość, ponieważ żadna zidentyfikowana bakteria nie pochodziła z linii tworzących spory. Wydaje się, że bakterie po prostu przeszły w stan uśpienia, przeżywając bez żadnego – lub niemal żadnego – dającego się wykryć metabolizmu i bez rozmnażania się. 


To nasuwa pytanie: czy te rzeczy rzeczywiście były żywe 101,5 milionów lat temu? Nie widzę, dlaczego nie miałyby być, chyba że uważa się coś, co wchodzi w stan uśpienia, za martwe, a potem, jak Łazarz, zmartwychwstaje, kiedy uśpienie zostaje przełamane. Jeśli ufamy autorom, że podjęli wystarczające środki ostrożności, by zapobiec zanieczyszczeniu współczesnymi bakteriami, to mamy tutaj najstarsze żywe organizmy na Ziemi.  


h/t: Jeremy

_________________

Morono, Y., Ito, M., Hoshino, T. et al. Aerobic microbial life persists in oxic marine sediment as old as 101.5 million yearsNat Commun 11, 3626 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-17330-1


New report: Bacteria can remain alive for over 100 million years!

Why Evolution Is True, 30 lipca 2020

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska



Jerry A. Coyne

Emerytowany profesor na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, jego książka "Why Evolution is True" (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) została przełożona na kilkanaście języków, a przez Richarda Dawkinsa jest oceniana jako najlepsza książka o ewolucji.  Jerry Coyne jest jednym z najlepszych na świecie specjalistów od specjacji, rozdzielania się gatunków. Jest również jednym ze znanych "nowych ateistów" i autorem książki "Faith vs Fakt". Jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.