Когда ученые обнаружили червя глубоко в водоносном горизонте почти в миле под землей, они приветствовали это как открытие самого глубокоживущего животного из когда-либо найденных. Теперь исследователи Американского университета, сообщающие в Nature Communications, секвенировали геном уникального животного, известного как «Червь-дьявол» за его способность выживать в суровых подземных условиях. Геном червя-дьявола дает представление о том, как организм приспосабливается к смертельным условиям окружающей среды. Будущие исследования того, как он развивался, могут помочь людям извлечь уроки о том, как адаптироваться к потеплению климата.
В 2008 году Гаэтан Боргони из Гентского университета и геолог из Принстонского университета Туллис Онстотт обнаружили микроскопического дьявольского червя, исследуя подземные бактериальные сообщества на действующих золотых приисках в Южной Африке. Боргони и его команда были ошеломлены, обнаружив червя, сложное многоклеточное животное, процветающее в среде, которая считалась пригодной только для микробов, с высокими температурами, низким содержанием кислорода и большим количеством метана..
Исследователи назвали червя Halicephalobus mephisto в честь Мефистофеля, подземного демона из средневековой немецкой легенды о Фаусте.
Эволюционная адаптация к жаре
Червь-дьявол - первое подземное животное, геном которого секвенирован. Геном предлагает доказательства того, как жизнь может существовать под поверхностью Земли, и открывает новый способ понимания того, как жизнь может выжить за пределами Земли, сказал Джон Брахт, доцент биологии Американского университета, который руководил проектом секвенирования генома.
Секвенирование показало, что геном кодирует необычно большое количество белков теплового шока, известных как Hsp70, что примечательно тем, что многие виды нематод, чьи геномы секвенированы, не обнаруживают такого большого количества. Hsp70 - это хорошо изученный ген, который существует во всех формах жизни и восстанавливает здоровье клеток из-за теплового повреждения.
Многие гены Hsp70 в геноме червя-дьявола были копиями самих себя. В геноме также есть дополнительные копии генов AIG1, известных генов клеточного выживания у растений и животных. Потребуются дополнительные исследования, но Брахт считает, что наличие копий гена свидетельствует об эволюционной адаптации червя.
«Червь-дьявол не может убежать, он находится под землей», - объяснил Брахт. «У него нет другого выбора, кроме как адаптироваться или умереть. Мы предполагаем, что когда животное не может избежать сильной жары, оно начинает делать дополнительные копии этих двух генов, чтобы выжить».
Сканируя другие геномы, Брахт выявил другие случаи, когда те же два семейства генов, Hsp70 и AIG1, расширяются. Он идентифицировал двустворчатых моллюсков, группу моллюсков, включая моллюсков, устриц и мидий. Они приспособлены к теплу, как черви-дьяволы. Это говорит о том, что паттерн, выявленный у червя-дьявола, может более широко распространяться на организмы, неспособные избежать тепла окружающей среды. Эта работа также была недавно опубликована в Journal of Molecular Evolution под руководством первого автора бакалавра биологии AU Меган Герин.
' Инопланетяне приземлились в AU'
Брахт получил возможность секвенировать геном уникального червя в качестве научного сотрудника Принстонского университета. Он перенес проект в Американский университет, когда поступил на факультет биологии в 2014 году. Две студентки магистра биологии, работающие в его лаборатории, Дебора Вайнштейн и Сара Аллен, внесли свой вклад в исследование и написание статьи для Nature Communications и являются первым и вторым авторами соответственно. на рукописи. Кэтрин Уолтерс-Конте, доктор философии, директор магистерской программы AU в области биотехнологии, также внесла свой вклад в статью.
Почти десять лет назад червь-дьявол был неизвестен и жил под поверхностью Земли. Теперь это предмет изучения в научных лабораториях, в том числе лаборатории Брахта. Когда Брахт принес дьявольских червей из лаборатории в Южной Африке, где их выращивают, в свою лабораторию в АС, он вспоминает, как говорил своим ученикам, что инопланетяне приземлились в АС. Метафора не натянута. НАСА поддерживает исследование червя-дьявола, поскольку он может научить ученых поиску жизни за пределами Земли.
"Часть этой работы заключается в поиске "биопризнаков" жизни - стабильных химических признаков, оставленных живыми существами. Мы сосредоточимся на вездесущем биопризнаке органической жизни - геномной ДНК, полученной от животного, которое адаптировалось к окружающая среда, когда-то считавшаяся непригодной для сложной жизни: глубокие земные недра», - сказал Брахт. «Эта работа может побудить нас расширить поиски внеземной жизни на «необитаемые» экзопланеты в глубоких подземных регионах."
Нематоды хорошо подходят для изучения эволюционной адаптации, сказал Брахт. Они приспособились к разнообразным условиям окружающей среды и являются одними из самых распространенных животных на земле. Будущая работа с дьявольским червем в лаборатории Брахта позволит точно определить функцию Hsp70, например инактивировать ген для проверки его реакции на тепловой стресс. Другая работа может включать исследования переноса генов у C.elegans, разновидности не переносящих жару микроскопических круглых червей, чтобы увидеть, становятся ли они термоустойчивыми.