Экстремальная «огненная амеба» побила рекорд по жаростойкости

Фото из открытых источников

Одноклеточный организм, извивающийся в обжигающих водах Национального парка Лассен-Волканик в Калифорнии, установил рекорд по устойчивости к жаре. Результаты нового исследования были опубликованы в виде препринта на bioRxiv.

Бактерия, получившая новое название Incendiamoeba cascadensis (что означает «огненная амеба с Каскадных гор»), растет и делится при температуре до 63 градусов Цельсия, что является самой высокой известной температурой для эукариотических организмов.

Более того, он начинает расти только при температуре не ниже 42 градусов Цельсия. Это делает его облигатным термофилом — существом, которому требуются условия, значительно более высокие, чем могут выдержать большинство эукариотических организмов.

«Наши выводы, — пишет группа под руководством биологов Х. Берил Раппапорт и Анджелы Оливерио из Сиракузского университета в Нью-Йорке, — бросают вызов существующей парадигме температурных ограничений для эукариотических клеток и меняют наше понимание того, где и как может сохраняться эукариотическая жизнь».

Жизнь на Земле, как правило, группируется вокруг определенных условий, при этом оптимальная температура для большинства организмов, включая человека, колеблется около 20 градусов Цельсия.

Однако некоторые организмы приспособились к условиям, намного более суровым, чем обычные: от раскаленных вулканических жерл под сокрушительным давлением океана до кислотных геотермальных бассейнов и самой сухой пустыни на Земле.

Подавляющее большинство этих экстремофильных организмов — прокариоты, группа, включающая бактерии и археи. Это тоже одноклеточные организмы, но они существенно отличаются от эукариотических.

Прокариоты проще, примитивнее: они не упаковывают генетический материал в ядра или органеллы, такие как митохондрии, а по сути состоят только из клеточной мембраны, содержащей некоторые прочные белки и свободно плавающую ДНК, а также обладают способностью выживать в экстремальных условиях.

Самый устойчивый к жаре из известных организмов на Земле — это питающаяся углекислым газом архея Methanopyrus kandleri, которая обитает в подводных жерлах при температуре до 122 градусов Цельсия, на глубине, где давление океана не дает воде закипеть.

Эукариотическая жизнь включает в себя все организмы, от амебы до человека, имеющие в своих клетках ядра, органеллы, тонкие внутренние мембраны и более сложные геномы.

Эукариоты гораздо более хрупкие, чем прокариоты: их клетки и органеллы легко разрушаются или разрушаются в неблагоприятных условиях. Это делает эукариотический I. cascadensis ещё более впечатляющим.

Существо было обнаружено в кипящей воде, собранной в Национальном парке Лассен-Волканик в период с 2023 по 2025 год. Раппапорт, Оливерия и их команда обнаружили образцы I. cascadensis в 14 из 20 исследованных мест.

Затем исследователи культивировали образцы, чтобы понять, как этой теплолюбивой амебе удается выживать.

Они разделили образцы и вырастили их в разных колбах, добавив в них пшеницу в качестве подкормки для бактериальных сообществ внутри, чтобы бактериоядным амебам было чем питаться.

Они также меняли температуру каждой колбы, чтобы проверить пределы выносливости I. cascadensis, испытывая 17 различных температур от 30 до 64 градусов Цельсия, при каждой температуре использовалось по четыре колбы.

Вот тут-то все становится действительно ошеломляющим.

При температуре ниже 42 градусов Цельсия амеба вообще не росла: температура была просто недостаточно высокой.

Лучший температурный диапазон для роста составил около 55–57 градусов Цельсия, а митоз — процесс деления клетки на две дочерние клетки — непосредственно наблюдался при температурах 58 и 63 градуса Цельсия.

При температуре 64 градуса Цельсия I. cascadensis продолжала двигаться. Она побила предыдущий рекорд для амёб в 57 градусов Цельсия, установленный Echinamoeba thermarum , и даже превзошла давно принятый верхний предел для роста эукариот в 60 градусов.

При температуре 66 градусов Цельсия I. cascadensis начинает формировать защитные цисты — стратегию, которая позволяет амебам переходить в состояние покоя в сложных условиях.

Он также формировал цисты при температуре 25 градусов Цельсия. Это необычно высокий нижний предел, учитывая, что большинство эукариот предпочитают температуры значительно ниже этой, а многие лучше всего себя чувствуют при комнатной температуре.

Дальнейшие эксперименты показали, что амеба перестает двигаться при температуре 70 градусов Цельсия, но может возродиться при понижении температуры.

Только когда температура достигла 80 градусов по Цельсию, I. cascadensis наконец испустил дух.

Анализ генома дал представление о том, как этот крошечный организм способен выдерживать столь экстремальные условия. Он обладает адаптациями к быстрой передаче сигналов и тепловому реагированию, а также расширенным набором особо термоустойчивых белков и шаперонов теплового шока.

Наконец, почти идентичные последовательности ДНК были обнаружены в образцах ДНК из окружающей среды, полученных в Йеллоустонском национальном парке и в вулканической зоне Таупо в Новой Зеландии.

Хотя фрагменты ДНК не являются основой организма, это говорит о том, что I. cascadensis не одинок. Его открытие подразумевает, что жизнь может быть гораздо более приспособлена к экстремальным условиям, чем мы думали, и может быть полезно для оценки потенциальной обитаемости инопланетных миров.

«Incendiamoeba cascadensis размножается при температурах, превышающих те, которые считались возможными для любого эукариотического организма. Это открытие поднимает новые вопросы об истинной максимальной температуре, которую может выдержать эукариотическая клетка», — пишут исследователи. «Эти результаты имеют огромное значение для нашего понимания эволюционных ограничений эукариотических клеток и набора абиотических параметров, определяющих поиск жизни в других частях Вселенной».