Экстремофилы - выносливые организмы, живущие в местах, которые убили бы большую часть жизни на Земле, - дают захватывающее представление об эволюции, метаболизме и даже возможной внеземной жизни. Новое исследование дает представление о том, как один тип экстремофилов, теплолюбивых микробов, использующих аммиак для производства энергии, смог перейти от горячих источников к более умеренным условиям по всему миру. Первый в истории анализ ДНК современного теплолюбивого, окисляющего аммиак организма, опубликованный в открытом доступе в журнале Frontiers in Microbiology, показывает, что развитию необходимых адаптаций могли способствовать высокомобильные генетические элементы и обмен ДНК с множество других организмов.
Большинство экстремофилов - это микроорганизмы, и многие из самых экстремальных - археи, древняя группа одноклеточных организмов, занимающая промежуточное положение между двумя другими областями жизни, бактериями и эукариотами. Различные линии архей приспособлены к различным экстремальным условиям, включая обжигающие горячие источники, невероятно соленые озера, глубоководные впадины без солнечного света и холодные антарктические пустыни. Только одной ветви, Thaumarchaeota, удалось очень успешно колонизировать более гостеприимные места Земли, но ученые не знают, почему.
"Thaumarchaeota встречаются в очень больших количествах практически во всех средах, включая океаны, почвы, листья растений и кожу человека", - говорит профессор Криста Шлепер из Венского университета, Австрия, которая руководила и инициировала исследование.. «Мы хотим знать, в чем их секрет: миллиарды лет назад, как они адаптировались из горячих источников, где, кажется, эволюционировали все археи, к более умеренной среде обитания?»
В качестве отправной точки для ответа на этот вопрос профессор Шлепер и ее команда выделили вид Thaumarchaeota из горячего источника в Италии, а затем секвенировали и проанализировали его геном. Это первый анализ генома рода Nitroscaldus - подгруппы теплолюбивых Thaumarchaeota, которые получают энергию путем окисления аммиака в нитриты.
Анализ показал, что организм Candidatus Nitrosocaldus cavascurensis, по-видимому, представляет собой линию, наиболее близко связанную с последним общим предком всех Thaumarchaeota. Интересно, что он имеет очень подвижные элементы ДНК и, по-видимому, часто обменивался ДНК с другими организмами, включая другие археи, вирусы и, возможно, даже бактерии.
Способность обмениваться генетическим материалом может помочь этому археону быстро развиваться. «Похоже, этот организм склонен к латеральному переносу генов и вторжению чужеродных элементов ДНК», - говорит профессор Шлепер. «Такие механизмы, возможно, также помогли наследственным линиям Thaumarchaeota развиться и в конечном итоге распространиться на умеренные среды - и N.cavascurensis все еще может развиваться путем генетического обмена с соседними организмами в горячем источнике».
Многие исследователи предполагают, что первые формы жизни на Земле возникли в горячих источниках. Дальнейшие исследования этого термофильного архея могут помочь определить общие механизмы, позволившие первым живым клеткам, как бактериям, так и археям, завоевать мир.