Een mysterieus nieuw organisme ontdekt in Mono Lake kan de geschiedenis van het leven herschrijven

Wetenschappers uit Berkeley hebben een nieuw type algen ontdekt Classificeren in Mono Lake die meercellige kolonies vormen en een microbioom herbergen, wat nieuwe perspectieven biedt op de evolutie van meercellige organismen.

Het met arseen en cyanide beladen zoute water van Mono Lake in de oostelijke Sierra Nevada zorgt voor een uiterst vijandige omgeving. Behalve de overvloedige pekelgarnalen en zwarte wolken alkalivliegen leven daar heel weinig organismen.

Nu, onderzoekers van Universiteit van Californië, Berkeley Wetenschappers hebben een nieuw wezen ontdekt dat op de loer ligt in het ondiepe, zoute water van een meer, wat wetenschappers meer kan vertellen over de oorsprong van dieren meer dan 650 miljoen jaar geleden.

Ontdekking van algen

Een organisme is een eencellig organisme, een microscopisch organisme dat zich kan delen en zich kan ontwikkelen tot meercellige kolonies op een manier die vergelijkbaar is met de manier waarop dierlijke embryo’s zich vormen. Het is echter geen diersoort, maar eerder een lid van een zustergroep van alle dieren. Als meest nabije levende verwant van dieren is het organisme een cruciaal model voor de sprong van eencellig naar meercellig leven.

Verrassend genoeg hebben deze algen hun eigen microbioom, waardoor ze de eerste algen zijn waarvan bekend is dat ze een stabiele fysieke relatie met bacteriën vormen, in plaats van ze alleen maar op te nemen. Het is dus een van de eenvoudigste bekende organismen die een microbioom bezitten.

Algen: de kloof in de evolutie overbruggen

“Er is heel weinig bekend over algen, en er zijn interessante biologische verschijnselen die onbekend zijn”, zegt Nicole King, hoogleraar moleculaire en celbiologie aan UC Berkeley en onderzoeker van het Howard Hughes Medical Institute (HHMI) die algen bestudeert als model voor algen. het vroege leven in oude oceanen. “We kunnen er alleen inzicht in krijgen als we hun ecologie begrijpen.”

Wateralgen, die meestal alleen door een microscoop kunnen worden gezien, worden vaak over het hoofd gezien door waterbiologen, die zich in plaats daarvan concentreren op microscopisch kleine dieren, fotosynthetische algen of bacteriën. Maar hun biologie en levensstijl zouden inzicht kunnen geven in de wezens die in de oceanen bestonden voordat de dieren evolueerden en waaruit uiteindelijk dieren voortkwamen. Vooral deze soort zou licht kunnen werpen op de oorsprong van de interacties tussen dieren en bacteriën die aanleiding gaven tot het menselijke microbioom.

‘Dieren zijn geëvolueerd in oceanen vol bacteriën’, zegt King. “Als je aan de levensboom denkt, zijn alle organismen die nu leven met elkaar verbonden door de evolutionaire tijd heen. Als we dus de organismen bestuderen die vandaag de dag leven, kunnen we reconstrueren wat er in het verleden is gebeurd.”

King en haar collega’s van de Universiteit van Californië, Berkeley, beschreven het organisme, dat ze een naam gaven Baroica Monocera, Na het meer – in een onderzoeksartikel gepubliceerd in het tijdschrift Mbio.

In Lake Mono is een nieuwe soort organisme ontdekt, genaamd Barroeca monosierra. Kolonies van deze organismen bestaan ​​uit veel identieke cellen (cyaan), elk met flagellen (groen) waarmee ze zichzelf door het water kunnen voortbewegen. Deze Canophagellietkolonie herbergt zijn eigen microbioom (rood), iets wat nog nooit eerder bij deze organismen is gezien. De extracellulaire matrix waarmee de bacteriën interageren, wordt in het wit weergegeven. Copyright: Davis Laundon en Pawel Burkhardt, SARS-centrum, Noorwegen; Kent McDonald en Nicole King, UC Berkeley

Inzichten uit een geweldige ontdekking

Bijna tien jaar geleden keerde Daniel Richer, destijds afgestudeerd aan de UC Berkeley, terug van een wandeltocht in de oostelijke Sierra Nevada met een fles Mono Lake-water die hij onderweg had verzameld. Onder een microscoop zat het water vol algen. Behalve artemia, alkflies en verschillende soorten nematoden, zijn er naar verluidt weinig andere levensvormen in de onherbergzame wateren van het meer.

“Het zat vol met deze grote, prachtige algenkolonies, ik bedoel, het was de grootste die we ooit hebben gezien,” zei King.

Kolonies van wat ongeveer 100 identieke cellen van de flagella leken te zijn, vormden een holle bal die ronddraaide en draaide terwijl elke individuele cel tegen zijn flagella schopte.

“Een van de interessante dingen aan deze kolonies is dat ze een vorm hebben die lijkt op een blastocyst – een holle bal van cellen die zich vroeg in de ontwikkeling van een dier vormt,” zei King. Wij wilden er meer over weten.”

In die tijd was de koning er echter druk mee bezig Andere soorten Schwanno’sZoals je ze noemt, bleef de Mono Lake-vis stilstaan ​​in de koelkast totdat een aantal studenten nuchter werden en ze kleurden om naar hun ongebruikelijke, cirkelvormige chromosomen te kijken. Verrassend genoeg was hij er ook DNA Binnenin is de kolonie hol waar geen cellen mogen zijn. Na verder onderzoek stelde afgestudeerde student Kylie Huck vast dat het een bacterie was.

Studie van algen en bacteriën

“De bacterie was een grote verrassing, het was echt interessant”, zei King.

Haack ontdekte ook verbindingsstructuren, extracellulaire matrix genoemd, binnen de bolvormige kolonie die werd afgescheiden door de Shewan-vis. Pas toen drong het tot Huck en King door dat dit misschien niet de overblijfselen waren van bacteriën waar de schwanno’s zich mee voeden, maar eerder bacteriën die leven en zich voeden met dingen die de kolonie uitscheidt.

“Niemand heeft ooit algen beschreven die een stabiele fysieke interactie hebben met bacteriën,” zei ze. “In onze eerdere onderzoeken hebben we ontdekt dat algen reageren op kleine bacteriële deeltjes die door het water zweven, of… [that] “De shawano’s aten bacteriën, maar er was geen geval waarin ze iets deden dat een potentiële symbiose zou kunnen zijn, of in dit geval een microbioom.”

Toekomstig onderzoek en implicaties

King werkte samen met Jill Banfield, een biogenomica-pionier en hoogleraar milieuwetenschappen, beleid en management en aard- en planetaire wetenschappen aan UC Berkeley, om de soorten bacteriën te identificeren die in het water en in koraalriffen worden aangetroffen. Biogenomics omvat het sequencen van DNA in een omgevingsmonster om de genomen van organismen die daar leven te reconstrueren.

Nadat het laboratorium van Banfield microben in de wateren van Mono Lake had geïdentificeerd, creëerde Haack DNA-sondes om microben te identificeren die ook aanwezig zijn in koraalriffen. De groepen bacteriën waren niet identiek, zei King, dus sommige bacteriën overleefden duidelijk beter dan andere in de holte van de zuurstofarme koraalkolonie. Huck besloot dat deze bacteriën er niet toevallig waren; Integendeel, het groeide en verdeelde zich. Misschien ontsnapten ze aan de giftige omgeving van de lagune, hoopte King, of misschien kweekten de koralen bacteriën om te eten.

Ze geeft toe dat dit grotendeels speculatie is. Toekomstige experimenten moeten uitwijzen hoe bacteriën omgaan met algen. Eerder werk in haar laboratorium heeft al aangetoond dat bacteriën als afrodisiacum werken en de paring in algen stimuleren, en dat bacteriën eencellige algen kunnen stimuleren om zich tot kolonies te verenigen.

Voor haar zullen de dinoflagellaten van Mono Lake een nieuw modelsysteem worden voor het bestuderen van de evolutie, net zoals de dinoflagellaten die leven in de zoutwatervijvers van het Caribische eiland Curaçao – haar voornaamste focus op dit moment – ​​en de dinoflagellaten in de aquaria van het Noordpoolgebied. de zuidelijke. Het kan echter moeilijk zijn om meer monsters van Mono Lake te verkrijgen. Bij een recent bezoek bevatten slechts zes van de honderd monsters deze actieve micro-organismen.

“Ik denk dat er nog veel meer gedaan moet worden op het gebied van het microbiële leven in Mono Lake, omdat het werkelijk al het andere van het ecosysteem ondersteunt,” zei King. “Ik ben er enthousiast over voor. Monocera “Het is een nieuw model voor het bestuderen van interacties tussen eukaryoten en bacteriën. Ik hoop dat het ons iets vertelt over de evolutie. Maar zelfs als dat niet het geval is, vind ik het een fascinerend fenomeen.”

Referentie: “Een grote kolonie algen uit Mono Lake bevat levende bacteriën” door K.H Hake, P.T. McDonald en D. Laudon en J. Reyes-Rivera en A. Garcia De Las Bayonas en C. Feng en P. Burkhardt, DJ Richter, JF Banfield en N. Koning, 14 augustus 2024. Mbio.
DOI: 10.1128/mbio.01623-24

Dit werk wordt ondersteund door het Hughes Medical Institute en de National Science Foundation.