Berkeley-Wissenschaftler haben eine neue Algenart entdeckt Klassifizieren im Mono Lake, die mehrzellige Kolonien bilden und ein Mikrobiom beherbergen, was neue Perspektiven auf die Entwicklung mehrzelliger Organismen bietet.

Das mit Arsen und Zyanid beladene Salzwasser des Mono Lake in der östlichen Sierra Nevada sorgt für eine äußerst lebensfeindliche Umgebung. Abgesehen von reichlich Salzgarnelen und schwarzen Schwaden von Alkalifliegen leben dort nur sehr wenige Organismen.

Nun, Forscher aus Universität von Kalifornien, Berkeley Wissenschaftler haben ein neues Lebewesen entdeckt, das im flachen, salzigen Wasser eines Sees lauert und Wissenschaftlern möglicherweise Aufschluss über die Herkunft der Tiere vor mehr als 650 Millionen Jahren geben könnte.

Entdeckung von Algen

Ein Organismus ist ein einzelliger Organismus, ein mikroskopisch kleiner Organismus, der sich auf ähnliche Weise wie tierische Embryonen teilen und zu mehrzelligen Kolonien entwickeln kann. Allerdings handelt es sich dabei nicht um eine Tierart, sondern vielmehr um ein Mitglied einer Schwestergruppe aller Tiere. Als nächster lebender Verwandter der Tiere ist der Organismus ein entscheidendes Modell für den Sprung vom einzelligen zum mehrzelligen Leben.

Überraschenderweise verfügen diese Algen über ein eigenes Mikrobiom und sind damit die ersten bekannten Algen, die eine stabile physische Beziehung mit Bakterien eingehen, anstatt sie nur aufzunehmen. Somit ist es einer der einfachsten bekannten Organismen, der über ein Mikrobiom verfügt.

Algen: Überbrückung der Lücke in der Evolution

„Über Algen ist sehr wenig bekannt, und es gibt interessante biologische Phänomene, die unbekannt sind“, sagte Nicole King, Professorin für Molekular- und Zellbiologie an der UC Berkeley und Forscherin am Howard Hughes Medical Institute (HHMI), die Algen als Modell für Algen untersucht „Wir können nur dann Einblick in sie gewinnen, wenn wir ihre Ökologie verstehen.“

Wasseralgen, die normalerweise nur durch ein Mikroskop sichtbar sind, werden von Wasserbiologen oft übersehen, die sich stattdessen auf mikroskopisch kleine Tiere, photosynthetische Algen oder Bakterien konzentrieren. Aber ihre Biologie und Lebensweise könnten Aufschluss über die Lebewesen geben, die in den Ozeanen existierten, bevor sich Tiere entwickelten, und aus denen schließlich Tiere hervorgingen. Insbesondere diese Art könnte Aufschluss über den Ursprung der Interaktionen zwischen Tieren und Bakterien geben, die zur Entstehung des menschlichen Mikrobioms führten.

„Tiere haben sich in Ozeanen voller Bakterien entwickelt“, sagt King. „Wenn Sie an den Baum des Lebens denken, sind alle heute lebenden Organismen im Laufe der Evolution miteinander verbunden. Wenn wir also die heute lebenden Organismen untersuchen, können wir rekonstruieren, was in der Vergangenheit passiert ist.“

King und ihre Kollegen von der University of California in Berkeley beschrieben den Organismus und gaben ihm einen Namen Monosierra-Barock, Nach dem See – in einem im Magazin veröffentlichten Forschungsbericht mBio.

Im Monosee wurde eine neue Organismenart namens Barroeca monosierra entdeckt. Kolonien dieser Organismen bestehen aus vielen identischen Zellen (Cyan), jede mit Flagellen (Grün), die es ihnen ermöglichen, sich durch das Wasser fortzubewegen. Diese Canophagelliten-Kolonie beherbergt ihr eigenes Mikrobiom (rot), was bei diesen Organismen noch nie zuvor gesehen wurde. Die extrazelluläre Matrix, mit der die Bakterien interagieren, ist weiß dargestellt. Urheberrecht: Davis Laundon und Pawel Burkhardt, SARS-Zentrum, Norwegen; Kent McDonald und Nicole King, UC Berkeley

Einblicke aus einer erstaunlichen Entdeckung

Vor fast zehn Jahren kehrte Daniel Richer, damals Doktorand an der UC Berkeley, von einer Wanderung in der östlichen Sierra Nevada mit einer Flasche Wasser aus dem Mono Lake zurück, die er unterwegs gesammelt hatte. Unter dem Mikroskop war das Wasser voller Algen. Abgesehen von Salzgarnelen, Alkfliegen und verschiedenen Arten von Fadenwürmern gibt es in den unwirtlichen Gewässern des Sees kaum andere Lebewesen.

„Es war voll von diesen großen, wunderschönen Algenkolonien, ich meine, es war die größte, die wir je gesehen haben“, sagte King.

Kolonien von scheinbar etwa 100 identischen Flagellenzellen bildeten eine hohle Kugel, die sich drehte und drehte, wenn jede einzelne Zelle gegen ihre Flagellen trat.

„Eines der interessanten Dinge an diesen Kolonien ist, dass sie eine Form haben, die einer Blastozyste ähnelt – einem hohlen Zellball, der sich früh in der Entwicklung eines Tieres bildet“, sagte King. Wir wollten mehr darüber erfahren.“

Zu dieser Zeit war der König jedoch damit beschäftigt Andere Schwannos-ArtenWie Sie sie nennen, blieben die Mono-See-Fische stagnierend im Kühlschrank, bis einige Schüler nüchtern wurden und sie färbten, um ihre ungewöhnlichen, kreisförmigen Chromosomen zu betrachten. Überraschenderweise war er auch da DNA Im Inneren der Kolonie gibt es Hohlräume, in denen sich keine Zellen befinden sollten. Nach weiteren Untersuchungen stellte die Doktorandin Kylie Huck fest, dass es sich um Bakterien handelte.

Untersuchung von Algen und Bakterien

„Die Bakterien waren eine große Überraschung. Es war wirklich interessant“, sagte King.

Haack entdeckte auch Verbindungsstrukturen, die sogenannte extrazelluläre Matrix, innerhalb der von den Shewan-Fischen abgesonderten kugelförmigen Kolonie. Erst dann kam Huck und King der Gedanke, dass es sich möglicherweise nicht um die Überreste von Bakterien handelte, von denen sich die Schwannos ernähren, sondern um Bakterien, die von Dingen leben und sich ernähren, die die Kolonie ausscheidet.

„Niemand hat jemals Algen beschrieben, die eine stabile physikalische Wechselwirkung mit Bakterien haben“, sagte sie. „In unseren früheren Studien haben wir herausgefunden, dass Algen auf kleine Bakterienpartikel reagieren, die durch das Wasser schwimmen, oder … [that] „Die Shawanos fraßen Bakterien, aber es gab keinen Fall, in dem sie etwas taten, was eine mögliche Symbiose darstellen könnte. Oder in diesem Fall ein Mikrobiom.“

Zukünftige Forschung und Implikationen

King arbeitete mit Jill Banfield, einer Pionierin der Biogenomik und Professorin für Umweltwissenschaften, -politik und -management sowie Erd- und Planetenwissenschaften an der UC Berkeley, zusammen, um die Arten von Bakterien zu identifizieren, die im Wasser und in Korallenriffen vorkommen. Bei der Biogenomik wird DNA in einer Umweltprobe sequenziert, um die Genome dort lebender Organismen zu rekonstruieren.

Nachdem Banfields Labor Mikroben in den Gewässern des Mono Lake identifiziert hatte, entwickelte Haack DNA-Sonden, um Mikroben zu identifizieren, die auch in Korallenriffen vorkommen. Die Bakteriengruppen seien nicht identisch, sagte King, sodass einige Bakterien im Hohlraum der sauerstoffarmen Korallenkolonie eindeutig besser überlebten als andere. Huck kam zu dem Schluss, dass diese Bakterien nicht zufällig dort waren; Vielmehr wuchs und teilte es sich. Vielleicht entkamen sie der giftigen Umgebung der Lagune, hoffte King, oder vielleicht züchteten die Korallen Bakterien, die sie fressen konnten.

Sie gibt zu, dass vieles davon Spekulation ist. Zukünftige Experimente sollen zeigen, wie Bakterien mit Algen interagieren. Frühere Arbeiten in ihrem Labor haben bereits gezeigt, dass Bakterien als Aphrodisiakum wirken, um die Paarung von Algen anzuregen, und dass Bakterien in der Lage sind, einzellige Algen dazu anzuregen, sich zu Kolonien zusammenzuschließen.

Für sie werden die Dinoflagellaten des Mono Lake ein weiteres Modellsystem für die Erforschung der Evolution sein, ebenso wie die Dinoflagellaten, die in den Salzwasserteichen der Karibikinsel Curaçao leben – ihrem derzeitigen Hauptschwerpunkt – und die Dinoflagellaten in den Aquarien der Arktis der südliche. Es könnte jedoch schwierig sein, weitere Proben aus Mono Lake zu erhalten. Bei einem kürzlichen Besuch enthielten nur sechs von 100 Proben diese aktiven Mikroorganismen.

„Ich denke, dass es im Hinblick auf das mikrobielle Leben im Mono Lake noch viel mehr zu tun gibt, weil es wirklich alles andere im Ökosystem unterstützt“, sagte King. „Ich bin begeistert für. Monocera „Es ist ein neues Modell zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Eukaryoten und Bakterien. Ich hoffe, es sagt uns etwas über die Evolution. Aber selbst wenn nicht, halte ich es für ein faszinierendes Phänomen.“

Referenz: „Eine große Algenkolonie aus dem Mono Lake enthält lebende Bakterien“ von K.H. Hake, P.T. West und K. McDonald und D. Laundon und J. Reyes-Rivera und A. Garcia De Las Bayonas und C. Feng und P. Burkhardt, D. J. Richter, J. F. Banfield und N. König, 14. August 2024. mBio.
doi: 10.1128/mbio.01623-24

Diese Arbeit wird vom Hughes Medical Institute und der National Science Foundation unterstützt.