4 Minuten
Naujas aprašytas detoksikacijos mechanizmas leidžia giliojo vandenyno kirminui klestėti kai kuriose cheminėmis sąlygomis pačiomis priešiškiausiomis planetos vietose. Chaolun Li vadovaujami Kinijos mokslų akademijos Okeanologijos instituto tyrėjai praneša, kad vamzdinis kirminas Paralvinella hessleri kaupia arseną ir vėliau sujungia jį su sulfidu, kad savo odos ląstelėse sukurtų smulkias geltono mineralo—orpimento—nuosėdas. Šis tyrimas, paskelbtas 2025 m. rugpjūčio 26 d. atvirojo prieigos žurnale PLOS Biology, aprašo mikroskopinius, genetinius ir cheminius tyrimus, kurie atskleidžia, kaip šis „nuodą kovojant su nuodu" mechanizmas leidžia išgyventi hidroterminiuose ventiliuose.
Hidroterminių ventilių kontekstas ir biologinis iššūkis
Hidroterminiai ventiliai yra plyšiai jūros dugne, išskiriantys mineralais praturtintas, itin įkaitintas skysčius. Šios srovės yra pasaulinės reikšmės cheminės energijos židiniai, palaikantys unikalią bakterijų, kirminų, šliužų ir kitų bestuburių ekosistemą. Tačiau ventilių skysčiuose taip pat yra pavojingų junginių, tokių kaip vandenilio sulfidas ir ištirpę metalai, įskaitant arseną. Vakarų Ramiajame vandenyne Paralvinella hessleri užima karščiausias, cheminėmis medžiagomis intensyviausias zonas, kur aplinkos arsenas gali kauptis kirmino audiniuose—kartais viršijant 1 % kūno masės.
Supratimas, kaip ventilių gyvūnai toleruoja tokias koncentracijas, padeda atsakyti platesnius klausimus apie ekstremofilų fiziologiją, elementų ciklą jūros dugne ir evoliucines strategijas, kuriomis organizmai įveikia toksiškas aplinkas.
Tyrimo metodai ir atradimas
Li ir kolegos suderino aukštos skiriamosios gebos elektroninį ir optinį mikroskopus su DNR, baltymų ir cheminėmis analizėmis, kad atsektų arsono pasiskirstymą ir cheminę būklę P. hessleri. Spektroskopiniai metodai, įskaitant Ramano analizę, buvo būtini apibūdinti geltonuosius viduląstelines granules, kurias tyrėjai pastebėjo mikroskopu. Šios sferinės, ryškios granulės pasirodė esą mineralinės orpimento (arsono sulfido, As2S3) sankaupos.
Kaip vyksta reakcija
Tyrėjų komanda siūlo, kad arsenas, paimtas iš ventilių skysčių, yra sequestruojamas į epidermio ląsteles kaip dalelės arba konjugatai. Ten, veikiant gausiam sulfido kiekiui iš aplinkinių ventilių skysčių—ir galbūt biochemiškai tiekiamam sulfido iš vidaus—skatinama orpimento kristalų susidarymas. Paverčiant ištirpintą arba reaktyvų arseną netirpia mineraline forma, kirminas veiksmingai sumažina elemento biologinį prieinamumą ir tuometę toksiškumą.
Pagrindiniai rezultatai ir pasekmės
Vidinių ląstelių orpimento nuosėdų identifikavimas reiškia naują detoksikacijos kelią metazoui. Ankstesni pranešimai dokumentavo padidėjusį arseną gretimuose ventilių anelidus ir kai kuriuose ventilių šliaužiančiuose; šis tyrimas rodo, kad mineralizacija į arsono sulfidą gali būti platesnė strategija tarp ventilių faunos. Mineralinė sekvestracija keičia arsono ciklą ventilių ekosistemose ir gali paveikti plėšrūnų–grobuonių sąveikas, toksiškų elementų ilgalaikį saugojimą biomase bei ventilių nuosėdų geocheminį parašą.
Bendraautorius Hao Wang apibūdino atradimo vizualinį įspūdį: matyti ryškiai geltonus kirminus ROV monitoriuje prieš baltus biofilmus ir tamsią ventilių uolieną pabrėžė tiek jų įspūdingą išvaizdą, tiek ekstremalią aplinką, kurioje jie gyvena. Komanda taip pat pastebėjo keistą kultūrinį rezonansą—orpimentas istoriniu požiūriu buvo naudojamas kaip auksinis pigmentas viduramžių ir Renesanso mene—ir šio biologinio proceso sąsają su juo.
Eksperto įžvalga
Dr. Elena Morales, jūrų biogeochemininkė Okeano chemijos institute (fiktyvus), komentuoja: "Šis tyrimas sujungia ląstelinę biologiją ir geochemiją. Gebėjimas intraceluliariai nusodinti orpimentą ne tik suteikia detoksikacijos kelią, bet ir rodo, kad ventilių gyvūnai gali aktyviai transformuoti ir stabilizuoti ištirpusius toksinus. Tai kelia įdomius klausimus apie genetinius kelius, valdančius metalų tvarkymą ekstremofiluose, ir galimas biotechnologines taikymo galimybes bioremediacijai."
Ateities kryptys ir technologijos
Tolesniuose darbuose bus siekiama identifikuoti molekulinius transporterius ir fermentus, kurie tarpininkauja arsono įsisavinimui, sulfidų tvarkymui ir mineralų nukleacijai. Pažangus in situ mėginių ėmimas ROV, kartu su vienaląste sekvenavimu ir nanoskaline chemine vizualizacija, paaiškins, ar mineralizacija yra pasyvi ar biologiniu būdu reguliuojama. Gali būti ir pasekmių biominingui bei inžinerinei bioremediacijai: organizmai, kurie paverčia tirpius toksinus į stabilias mineralines formas, galėtų įkvėpti naujus būdus užterštų vandenų valymui.
Išvados
Paralvinella hessleri demonstruoja anksčiau neatpažintą biologinę strategiją: intraceluliarinę arsono mineralizaciją su sulfidu, formuojant orpimentą. Šis mechanizmas sumažina tiesioginį toksiškumą ir leidžia gyventi arseną ir sulfidą turtingose hidroterminėse ventilių buveinėse. Radinys keičia mūsų supratimą apie tai, kaip jūrų bestuburiai sąveikauja su toksiškais elementais, ir pabrėžia gilųjį vandenyną kaip naujų biocheminių sprendimų ekstremalioms aplinkoms šaltinį.
Quelle: sciencedaily
Kommentare