Organismen mit kleinen Genomen, Zellen, die auf heißen Böden gedeihen.

Wenn sich unser Planet erwärmt, welches Leben wird überleben und gedeihen? Wenn die kohlebefeuerten Böden um Centralia, Pennsylvania, ein Hinweis sind, könnten Organismen mit kleineren Genomen und Zellen in Zukunft gut abschneiden.

Die Ergebnisse einer neuen Studie der Michigan State University, die in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature Microbiology veröffentlicht wurde, sind das erste Mal, dass solche Mikroben vor Ort gefunden wurden. Die Forschung zeigt deutlich, dass bei Bodenmikrobiomen heiße Temperaturen sowohl zu kleineren Genomen im Durchschnitt als auch zu kleineren Zellgrößen führen, sagte Ashley Shade, MSU-Mikrobiologe und Hauptautor der Studie.

Dies ist nicht der Fall, wenn nur eine Mikrobe einen wirtschaftlichen Ansatz verfolgt; die Mehrheit der auf dem dampfenden Boden lebenden Populationen hat dieselben Eigenschaften.

„Dies ist keine evolutionäre Studie; wir sehen Organismen, die in der heißen Umgebung konkurrenzfähig sind, wenn sie diese Eigenschaften bereits haben“, sagte Shade. „Die Populationen, die in der Nähe in den kühleren, umgebungsbedingten Temperaturzonen leben, unterscheiden sich von den Organismen, die in den Thermalgebieten leben.“

In einer interessanten Wendung ähneln die Genomgrößen der winzigen Organismen denen in einer völlig anderen Region der Welt – dem arktischen Permafrost.

„Im Vergleich zu anderen Böden fanden wir heraus, dass die durchschnittlichen Genomgrößen in heißen Böden denen im alten Permafrost am ähnlichsten waren“, sagte Shade zu ihrer von der National Science Foundation finanzierten Forschung. „Unsere Arbeitshypothese ist, dass diese thermotoleranten Zellen keine aktive Genomreduktion durchlaufen haben, sondern stattdessen nie eine wesentliche Genomausdehnung erfahren haben, da sie weniger von einem angestammten Zustand abgeleitet sind.“

Der Boden ist einer der komplexesten und vielfältigsten Lebensräume der Welt. Ein einziger Teelöffel kann Millionen von Mikroben enthalten – aktiv und ruhend. Tatsächlich sind es die ruhenden Mikroben, die die Aufmerksamkeit des Forschungsteams auf sich gezogen haben, da sie die führende potenzielle Quelle dieser thermophilen Organismen in Pennsylvania zu sein scheinen.

Das Kohlefeuer Centralia brennt seit 1962. Die Zündung der großen, unterirdischen Kohleflöze hat die Gemeinden in den Gebieten verwüstet, aber ein weltfremdes Labor geschaffen, vollgepackt mit verlassenen Straßen, verfallenen Strukturen und dampfenden Schloßen, die nach faulen Eiern stinken. Für Shades Forschung konzentrierte sie sich auf Mikroben, die über einen Temperaturgradienten leben, der von normal bis thermisch reicht.

Das Team der thermophilen Mikroben, die Shade entdeckt hat, scheint sich nicht von ihren umgebungstemperaturbegeisterten Nachbarn entwickelt zu haben. Es scheint auch nicht, dass sie von außen, wie durch den Wind, hereingeworfen wurden. Das lässt schlafende Mikroben zurück, die einfach darauf warten, dass ihre Zeit für die optimalen Bedingungen zur Belebung gekommen ist, als Hauptschuldiger ihrer Herkunft.

„Centralia ist eine Feldumgebung, in der wir Organismen beobachten können, die von einem Vorschlaghammer getroffen werden“, sagte Shade.

„Die Reise dorthin ermöglicht es uns, extreme Bedingungen zu erforschen – solche, die in der gesamten Gemeinschaft einen Umsatz in Richtung kleiner Genome verursachten. Der Gradient findet in der gleichen Umgebung statt, in den gleichen Böden.“

Das Szenario lässt die Forscher fragen, was ist die Mindestanforderung an Zelle und Genom? Welche anderen ruhenden Mikroben in Boden, Wasser oder unserem Darm warten darauf, geweckt und identifiziert zu werden?

Für die nächsten Schritte dieser Forschung wird Shades Team tiefer in die Quelle dieser Mikroben eintauchen. Die Forscher werden auch die am Gradienten lebenden Populationen genauer untersuchen, Überschneidungsbereiche identifizieren und sehen, wo und wie sich die verschiedenen Populationen verändern und konkurrieren, wenn sich das Feuer erwärmt.

Mehr Informationen:
Jackson W. Sorensen et al, Ökologische Selektion für kleine mikrobielle Genome entlang eines temperatur-zu-thermischen Bodengradienten, Nature Microbiology (2018). DOI: 10.1038/s41564-018-0276-6

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