Odkrywanie tajemnic życia w najbardziej ekstremalnych środowiskach morskich
Nawet w najsurowszym klimacie Arktyki i Antarktydy organizmy żywe znalazły sposób na przetrwanie. Morskie stworzenia rozwinęły mechanizmy, dzięki którym radzą sobie w miejscach, w których temperatura wody waha się od punktu zamarzania do -2 °C i w których trudno o pożywienie. Wszystko wskazuje na to, że u podłoża tych mechanizmów leży określona adaptacja genetyczna, co oznacza, że szersza wiedza na temat adaptacji na poziomie molekularnym może być wykorzystana w przyszłych rozwiązaniach komercyjnych, takich jak ochrona pojazdów przed ekstremalnie niskimi temperaturami. Zespół projektu ADAPTOMICS, przy wsparciu z programu „Maria Skłodowska-Curie”, uznał za swoją misję odkrycie tajemnic natury, które kryją się w organizmach żyjących na biegunach naszej planety. „Naszym celem było zrozumienie na poziomie molekularnym mechanizmów adaptacji, które pozwalają gąbkom przetrwać w ekstremalnie niskich temperaturach, jakie notujemy na Antarktydzie, poprzez porównanie genomów i transkryptomów gąbek antarktycznych i ich odpowiedników żyjących w strefach umiarkowanych i tropikalnych”, informuje dr Ana Riesgo z Muzeum Historii Naturalnej w Londynie, pełniąca rolę koordynatora projektu. „Przede wszystkim chcieliśmy zbadać, czy niezależne gatunki gąbek w taki sam sposób reagowały na niskie temperatury, czy też w drodze ewolucji wykształciły zupełnie inne mechanizmy adaptacji do takich warunków”, tłumaczy główny badacz projektu dr Nathan Kenny, stypendysta działania „Maria Skłodowska-Curie”.
Pozyskiwanie próbek
Dr Riesgo udała się na Antarktydę, gdzie nurkowała w wodach polarnych (o temperaturze poniżej zera), aby zebrać odpowiednie okazy gąbek do badania. „Z jednej strony było to bardzo trudne zadanie ze względu na ekstremalne zimno i bardzo nieporęczny sprzęt, w który musieliśmy pracować, ale z drugiej strony, niezwykle satysfakcjonujące, ponieważ bardzo niewielu ludzi przed nami widziało to, co zobaczyliśmy tam pod wodą”, opowiada dr Riesgo. Z kolei dr Kenny dotarł na obszar koła podbiegunowego północnego, gdzie zbierał próbki wody z dużych głębokości. Najtrudniejszym aspektem całego projektu było uzyskanie dostępu do świeżych próbek po powrocie do domu. „Mimo że na szczęście mieliśmy świetnych współpracowników w Chile, którzy posiadali odpowiednie próbki, organizacja transportu między kontynentami wcale nie była łatwa”, zaznacza dr Kenny. Po powrocie do Londynu zespół przeprowadził na wytrzymałych gąbkach sekwencjonowanie za pomocą wielu metod analitycznych, w wyniku czego uczeni odczytali sekwencje genomu sześciu różnych gatunków, a następnie przystąpili do analiz transkryptomicznych (czytanie między liniami genetycznymi). Aby uzyskać dostęp do niektórych części danych genetycznych, zastosowali oni metodę znaną jako hybrydyzacja in situ sekwencji RNA.
Nurkowanie w danych
Po wielu analizach naukowcy odkryli, że u niektórych osobników podobne geny uległy zmianie przystosowawczej, co wskazuje na proces znany jako „ewolucja zbieżna”, polegający na tym, że organizmy żyjące w różnych miejscach rozwijają tę samą cechę. Jednak uczeni znaleźli też wiele przykładów unikalnych adaptacji gąbek. „Najbardziej zadziwiające było to, jak typowe okazały się geny, które zostały zmienione. Choć bardzo ekscytujące byłoby znalezienie genu będącego »regulatorem nadrzędnym« procesu adaptacji do warunków Antarktyki, zamiast tego odkryliśmy, że proces ten obejmował wiele genów »utrzymujących porządek«, które pełnią podstawowe role niezbędne komórkom do przeżycia”, tłumaczy dr Kenny.
Perspektywy na przyszłość
„Chcielibyśmy podkreślić, że wsparcie w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie” dało nam wyjątkową szansę na badanie tego, jak przyroda działa w odległych i ekstremalnych środowiskach. To było naprawdę przełomowe doświadczenie”, podkreśla dr Riesgo. Projekt toruje drogę dla zakrojonej na szeroką skalę analizy porównawczej genomów, mającej na celu głębsze zrozumienie strategii adaptacji do niskich temperatur, które rozwinęły się u innych zwierząt i w różnych zakątkach naszej planety. „Jeszcze wiele możemy się nauczyć o Antarktydzie i żyjących tam fantastycznych, choć osobliwych, stworzeniach”, dodaje dr Riesgo.
Słowa kluczowe
ADAPTOMICS, ekstremalne, życie, Antarktyka, Antarktyda, Arktyka, polarny, geny, przetrwanie, mechanizm
