دانشمندان موجودی کشف کردند که جهنم را تاب می‌آورد

کشف یک آمیب یوکاریوتی تازه، باور دیرینه درباره ناتوانی یوکاریوت‌ها در تحمل گرمای بسیار شدید را به چالش می‌کشد. این موجود که به آمیب آتشین شهرت یافته، در یک نهر زمین‌گرمایی پیدا شده و می‌تواند دمایی تا ۶۴ درجه سانتی‌گراد را تحمل کند.

در زیر چشم‌انداز کوهستانی پارک ملی آتشفشانی لاسن در شمال کالیفرنیا، جایی میان شاخه‌های کاج، گل‌های وحشی و پروانه‌ها، دنیایی جوشان و بسیار داغ پنهان شده است. بازدیدکنندگان چندان زیادی حاضر به ورود به این منطقه طبیعی دورافتاده نیستند، اما موجودی در میان حوضچه‌های زمین‌گرمایی سوزان آنجا به زندگی ادامه می‌دهد. این موجود تقریباً در بخشی از یک نهر بخاردار که میان نی‌زارها پنهان مانده بود، نادیده گرفته شد و بعدها به عنوان آمیب آتشین شناخته شد؛ جانداری عجیب که بیشتر به موجودی فرازمینی شباهت دارد.

جست‌وجوی حیات در گرمای شدید

بریل رپاپورت، میکروبیولوژیست دانشگاه سیراکیوس، هنگام بررسی باکتری‌ها و آرکی‌های گرما‌دوست به این پرسش رسید که آیا توانایی تحمل حرارت فوق‌العاده بالا فقط به پروکاریوت‌هایی محدود می‌شود که در نمونه‌هایش دیده بود. پروکاریوت‌ها ماده ژنتیکی خود را بدون وجود هسته درون سلول نگه می‌دارند و همین ویژگی در برابر گرمای طاقت‌فرسا مزیت بزرگی به حساب می‌آید. در مقابل، یوکاریوت‌ها DNA خود را درون هسته قرار داده‌اند و به اندامک‌های ظریفی وابسته هستند که هر دو در دمای بالا آسیب‌پذیرند.

تا پیش از این، هیچ یوکاریوتی که توانایی تحمل چنین گرمایی داشته باشد شناسایی نشده بود، اما شاید دلیلش این بود که جست‌وجوی جدی در مکان مناسب انجام نگرفته بود. پارک ملی آتشفشانی لاسن، در انتهای جنوبی رشته‌کوه کَسکید، یکی از همان محیط‌های مناسب به شمار می‌رود. این منطقه هنوز فعالیت آتشفشانی دارد و در آن حوضچه‌های آب بسیار داغ، خروجی‌های بخار موسوم به فومرول و حوضچه‌های گل وجود دارد که بخار ناشی از ماگمای زیر زمین را بیرون می‌فرستند. فضای این منطقه تا حدی یادآور مرداب آتشین در فیلم The Princess Bride است.

در مطالعه‌ای که رپاپورت و گروهش با حمایت ناسا و در مجله Cell منتشر کردند، آمده است

مرزهای دمایی حیات مدت‌هاست که یکی از زمینه‌های جذابیت و کشف علمی بوده‌اند. با بررسی عوامل فیزیکی در مرزهای حیات، می‌توان درک خود را از محدودیت‌های زیست‌شناسی سلولی و همچنین شرایطی که در آن حیات می‌تواند پدیدار شود و دوام بیاورد، گسترش داد.

رپاپورت و همکارانش بر فراز Hot Springs Creek خم شدند و با استفاده از انبرهای مخصوص باربیکیو، ویال‌ها را در آبی فرو بردند که تماس با آن می‌توانست پوست دست انسان را به‌شدت بسوزاند. هدف آنها این بود که هر موجود زنده‌ای را که در چنین محیطی زندگی می‌کند، برای بررسی بیشتر به آزمایشگاه منتقل کنند.

پژوهشگران پس از نمونه‌برداری از نقاط مختلف زمین‌گرمایی پارک، از جمله دریاچه خطرناک Boiling Springs Lake، به آزمایشگاه بازگشتند. آنها در مخلوطی از آب، رسوبات و لایه زیستی باکتریایی، چند سویه آمیب را جدا کردند. این سویه‌ها در دستگاه انکوباتور به تقسیم سلولی ادامه دادند تا دما به حدود ۶۳ درجه سانتی‌گراد رسید؛ در آن نقطه سرعت تکثیر آنها کاهش یافت و سرانجام متوقف شد.

با این حال، آمیب‌ها حتی در دمای ۶۴ درجه سانتی‌گراد نیز قادر بودند حرکت کنند و به دنبال باکتری‌هایی بگردند تا آنها را بخورند. این میزان تحمل گرما، رکورد قبلی یوکاریوت‌ها یعنی ۶۰ درجه سانتی‌گراد را پشت سر گذاشت. پژوهشگران به همین دلیل نام Incendiamoeba cascadensis را برای این موجود انتخاب کردند؛ نامی که معنای آن به آمیب آتشین اشاره دارد.

سازوکار بقا در دمای مرگبار

بررسی Incendiamoeba زیر میکروسکوپ نشان داد که این موجود میان دو شکل اصلی تغییر حالت می‌دهد. یک حالت کشیده و شبیه کرم دارد و در حالت دیگر، بدنی حجیم‌تر با زائده‌های شبه‌پایی ایجاد می‌کند؛ همان تصویری که معمولاً هنگام شنیدن واژه آمیب در ذهن شکل می‌گیرد.

توالی‌یابی ژنوم این موجود نشان داد که هنگام افزایش دما، درون سلول چه تغییراتی رخ می‌دهد. آمیب مجموعه‌ای از ژن‌ها را در اختیار دارد که به حفظ ساختار DNA، پروتئین‌ها و اندامک‌های سلولی در برابر گرمای شدید کمک می‌کنند؛ حرارتی که در شرایط عادی می‌تواند این ساختارها را از هم بپاشد. نکته شگفت‌انگیز اینجاست که Incendiamoeba با بدتر شدن شرایط محیطی، فعالیت این ژن‌ها را افزایش می‌دهد.

بخشی از فعال‌ترین ژن‌های این موجود وظیفه تنظیم تاخوردگی پروتئین‌ها را بر عهده دارند؛ فرایندی که طی آن زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه به شکل سه‌بعدی دقیق و ضروری برای عملکرد خود درمی‌آید. در بیشتر یوکاریوت‌ها، گرمای بسیار شدید این فرایند را مختل می‌کند، اما Incendiamoeba راهی برای مقابله با این مشکل پیدا کرده است.

ویژگی شگفت‌انگیز دیگر این آمیب به ساختار پروتئین‌هایش مربوط می‌شود. به نظر می‌رسد این موجود با افزایش باقی‌مانده‌های دارای بار مثبت در پروتئین‌ها و کاهش ترکیبات دارای بار منفی، راهی برای حفظ شکل مولکول‌ها پیدا کرده تا پروتئین‌ها در اثر گرما باز نشوند.

این روش با راهکاری که پروکاریوت‌های گرما‌دوست به کار می‌برند تفاوت دارد. باکتری‌ها و آرکی‌های مقاوم به گرما معمولاً پروتئین‌های خود را با پل‌های نمکی پایدار نگه می‌دارند؛ این پل‌ها جاذبه‌های قدرتمندی میان باقی‌مانده‌های دارای بار مخالف هستند و به حفظ چین‌خوردگی پروتئین کمک می‌کنند. چنین راهکاری به بار منفی قابل‌توجهی نیاز دارد، در حالی که Incendiamoeba تا حد زیادی از این ویژگی صرف‌نظر کرده است.

پژوهشگران همچنین در ژنوم این آمیب نشانه‌ای قابل توجه پیدا کردند. بخش‌هایی از DNA آن شباهت زیادی به توالی‌هایی داشت که پیش‌تر از جانداران گرما‌دوست در مناطق زمین‌گرمایی دیگر، از جمله Yellowstone و نیوزیلند، به دست آمده بودند. از دید رپاپورت، این شباهت می‌تواند نشانه‌ای باشد که خویشاوندان تکاملی دیگری از این موجود هنوز شناسایی نشده‌اند.

رپاپورت درباره این یافته گفت

این کشف پرسش‌هایی درباره حداکثر دمای واقعی قابل تحمل برای یک سلول یوکاریوتی ایجاد می‌کند. یافته‌های ما نشان می‌دهد که آمیب‌ها توانایی اشغال شدیدترین زیستگاه‌های حرارتی در دسترس یوکاریوت‌ها را دارند و بررسی جغرافیای زیستی ما نیز نشان می‌دهد که گونه‌های گرما‌دوست دیگری در همین تبار تکاملی همچنان در انتظار کشف هستند.

شاید گونه‌های بیشتری از آمیب‌های گرما‌دوست در آتشفشان‌ها، آبفشان‌ها یا منافذ گرمابی کف اقیانوس‌ها در انتظار کشف باشند؛ مناطقی که آب داغ از آنها به بیرون فوران می‌کند. ناسا نیز به این جاندار تازه توجه ویژه‌ای نشان داده، زیرا می‌تواند درک دانشمندان از محدوده بقای یوکاریوت‌ها در محیط‌های فرازمینی خشن را تغییر دهد.

Incendiamoeba برای زندگی روی زمین سازگار شده و محیط اطرافش اسیدیته مناسب، منابع غذایی و دیگر نیازهای ضروری برای ادامه حیات را در اختیار آن قرار می‌دهد. با وجود این، بررسی ویژگی‌هایش می‌تواند به اخترزیست‌شناسان کمک کند تا در صورت وجود حیات پیچیده در خارج از زمین، بهتر بدانند چه ویژگی‌هایی ممکن است برای بقا در چنین محیط‌هایی لازم باشد.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.