Μια νέα αμοιβάδα που ταυτοποιήθηκε σε μια ηφαιστειακή περιοχή της Καλιφόρνιας αμφισβητεί τις μακροχρόνιες παραδοχές σχετικά με το πόση θερμότητα μπορούν να αντέξουν τα σύνθετα κύτταρα.
Η θερμότητα μπορεί γρήγορα να καταστεί καταστροφική για τα σύνθετα κύτταρα. Καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει, οι πρωτεΐνες μπορούν να χάσουν το σχήμα τους, το DNA μπορεί να υποστεί ζημιά και βασικές κυτταρικές διεργασίες μπορούν να αρχίσουν να καταρρέουν. Αυτό είχε καταστήσει την ακραία θερμότητα, σε μεγάλο βαθμό, πεδίο των βακτηρίων και των αρχαίων.
Μια αμοιβάδα που ανακαλύφθηκε πρόσφατα μετατοπίζει τώρα αυτό το όριο ψηλότερα. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο μικροσκοπικός αυτός οργανισμός μπορεί να αναπτύσσεται ενεργά και να αναπαράγεται στους 63°C, θερμοκρασία υψηλότερη από το ευρέως αποδεκτό όριο ανάπτυξης για τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Ανακαλύφθηκε στα γεωθερμικά ύδατα του Εθνικού Ηφαιστειακού Πάρκου Lassen της Καλιφόρνιας και περιγράφεται σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Cell.
Η αμοιβάδα μπορεί να επιβιώσει ακόμη και σε θερμότερες συνθήκες. Όταν εκτίθεται σε θερμοκρασίες έως και 70°C, αλλάζει μορφή και αναπτύσσει ένα προστατευτικό εξωτερικό στρώμα, επιτρέποντάς της να ανακάμψει μόλις η θερμοκρασία υποχωρήσει.
«Αυτό το εύρημα διευρύνει τα όρια αυτού που θεωρούσαμε δυνατό, γεγονός εξαιρετικά συναρπαστικό», αναφέρει η υπεύθυνη για τη σύνταξη της μελέτης, Angela Oliverio, από το Πανεπιστήμιο των Συρακουσών. «Ίσως υπάρχουν περισσότεροι ευκαρυωτικοί οργανισμοί που μπορούν να επιβιώσουν σε ακόμη υψηλότερες θερμοκρασίες από όσες γνωρίζουμε».
Γιατί η ακραία θερμότητα αποτελεί τόσο μεγάλη πρόκληση
Ορισμένοι μικροοργανισμοί ευδοκιμούν σε θερμοκρασίες πολύ υψηλότερες από αυτές που θα μπορούσαν να ανεχθούν οι άνθρωποι. Το γνωστό ρεκόρ ανάπτυξης κατέχει το Methanopyrus kandleri, ένα αρχαίο (αρχαιοβακτήριο) που εντοπίζεται γύρω από υδροθερμικές πηγές στον πυθμένα της θάλασσας και μπορεί να αναπτύσσεται στους 122°C.
Τα αρχαία και τα βακτήρια έχουν διαφορετική κυτταρική οργάνωση από τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί, στους οποίους περιλαμβάνονται τα ζώα, τα φυτά, οι μύκητες, οι αμοιβάδες και πολλοί άλλοι μικροοργανισμοί, διαθέτουν πυρήνα και άλλες εξειδικευμένες κυτταρικές δομές.
Για δεκαετίες, οι 60°C θεωρούνταν το ανώτατο όριο ανάπτυξης για τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, με ελάχιστα μόνο είδη να είναι γνωστό ότι το πλησιάζουν.
Επιστημονική έρευνα σε ηφαιστειακά ύδατα
Επιστήμονες είχαν εντοπίσει στο παρελθόν αμοιβάδες κοντά σε γεωθερμικές πηγές όπου οι θερμοκρασίες μπορούν να ξεπεράσουν τους 60°C. Ωστόσο, ο εντοπισμός ενός οργανισμού σε ένα τέτοιο περιβάλλον δεν αποδεικνύει ότι μπορεί να αναπτυχθεί ενεργά και να αναπαραχθεί εκεί. Τα κύτταρα μπορούν να μεταφερθούν από ψυχρότερες περιοχές, ενώ ορισμένοι οργανισμοί ενδέχεται να επιβιώνουν από μια σύντομη έκθεση χωρίς απαραίτητα να ευδοκιμούν.
Η Oliverio και οι συνεργάτες της ήθελαν να προσδιορίσουν αν οι αμοιβάδες που συνδέονται με γεωθερμικά ενδιαιτήματα ήταν πραγματικά προσαρμοσμένες στην ακραία θερμότητα.
Από το 2023 έως το 2025, οι ερευνητές συνέλεξαν μικροοργανισμούς από γεωθερμικά ρεύματα στο Εθνικό Ηφαιστειακό Πάρκο Lassen στην οροσειρά Cascade της Καλιφόρνιας. Οι θερμοκρασίες στα σημεία δειγματοληψίας κυμαίνονταν από περίπου 47°C έως 64°C.
Μια άγνωστη μέχρι πρότινος αμοιβάδα ξεχώρισε. Σε εργαστηριακά πειράματα, αναπτύχθηκε σθεναρά στους 57°C, φτάνοντας την υψηλότερη θερμοκρασία που είχε καταγραφεί προηγουμένως για την ανάπτυξη αμοιβάδας. Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνέχισαν να αυξάνουν τη θερμοκρασία.
Στους 63°C, παρατήρησαν την αμοιβάδα να υφίσταται μίτωση -τη διαδικασία που χρησιμοποιούν τα ευκαρυωτικά κύτταρα για να διαιρεθούν. Αυτό απέδειξε ότι ο οργανισμός δεν επιβίωνε απλώς στη θερμότητα, αλλά ήταν ακόμα σε θέση να αναπτύσσεται και να αναπαράγεται.
Γνωρίστε την «Αμοιβάδα της Φωτιάς»
Οι ερευνητές ονόμασαν το νέο είδος Incendiamoeba cascadensis, ονομασία που μεταφράζεται ελεύθερα ως «αμοιβάδα της φωτιάς από την οροσειρά Cascade». Πάνω από τους 63°C, η αμοιβάδα άλλαζε σχήμα και δημιουργούσε ένα προστατευτικό εξωτερικό στρώμα αντί να συνεχίζει να αναπτύσσεται κανονικά.
Ακόμη και μετά την έκθεση σε θερμοκρασίες έως και 70°C, οι αμοιβάδες μπορούσαν να ανακάμψουν μόλις οι ερευνητές τις επανέφεραν σε ψυχρότερες συνθήκες. Αποδείχθηκε ότι ο οργανισμός αναπτύσσεται και διαιρείται στους 63°C, ενώ οι 70°C αντιπροσωπεύουν μια θερμοκρασία επιβίωσης και όχι ενεργού ανάπτυξης.
Πώς τα κύτταρά της αντιμετωπίζουν τη θερμότητα
Η αλληλούχιση του γονιδιώματος της αμοιβάδας αποκάλυψε πιθανές εξηγήσεις για την ασυνήθιστη αντοχή της στη θερμότητα. Σε σύγκριση με αμοιβάδες προσαρμοσμένες σε ηπιότερα περιβάλλοντα, η I. cascadensis φέρει πρόσθετα γονίδια που συνδέονται με τη διατήρηση των πρωτεϊνών και τη επιδιόρθωση του DNA.
Οι πρωτεΐνες εξαρτώνται από ακριβείς τρισδιάστατες δομές για να λειτουργήσουν, και οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να τις κάνουν να χάσουν τη μορφή τους ή να συσσωματωθούν. Η θερμότητα μπορεί επίσης να προκαλέσει ζημιά σε άλλα κυτταρικά συστατικά, αυξάνοντας τη σημασία των συστημάτων επιδιόρθωσης και συντήρησης.
Οι πρωτεΐνες της αμοιβάδας της φωτιάς περιέχουν επίσης περισσότερα θετικά φορτισμένα αμινοξέα στην επιφάνειά τους – ένα χαρακτηριστικό που συναντάται σε ορισμένα εξαιρετικά ανθεκτικά στη θερμότητα βακτήρια και αρχαία. Αυτές οι ιδιότητες ενδέχεται να βοηθούν τις πρωτεΐνες να παραμένουν σταθερές σε θερμοκρασίες που θα αποδιοργάνωναν παρόμοια μόρια σε λιγότερο προσαρμοσμένους στη θερμότητα οργανισμούς.
«Παρόλο που αυτοί οι οργανισμοί είναι τόσο διαφορετικοί, υπάρχει σύγκλιση στον τρόπο με τον οποίο επιλέγονται οι ιδιότητες των πρωτεϊνών για σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες», αναφέρει ο συγγραφέας της μελέτης H. Beryl Rappaport, υποψήφιος διδάκτορας στο Πανεπιστήμιο των Συρακουσών.
Ένα μικρό ρεκόρ με ευρύτερες προεκτάσεις
Το νέο ρεκόρ διευρύνει το γνωστό εύρος θερμοκρασίας για την ευκαρυωτική ανάπτυξη κατά λίγους μόνο βαθμούς. Ωστόσο, τα βιολογικά όρια συχνά αντικατοπτρίζουν τους οργανισμούς που έχουν ανακαλύψει και εξετάσει οι επιστήμονες, παρά ένα απόλυτο σύνορο που έχει αποδειχθεί αδύνατο να ξεπεραστεί.
Η ανακάλυψη αυτή αυξάνει την πιθανότητα να υπάρχουν κι άλλοι οργανισμοί που μπορούν να επιβιώσουν ή να αναπαραχθούν πέρα από τα μέχρι τώρα αποδεκτά περιβαλλοντικά όρια.
Η Oliverio δηλώνει ότι τα ευρήματα αυτά θα μπορούσαν να ενθαρρύνουν τους ερευνητές να δοκιμάσουν τα περιβαλλοντικά όρια αντοχής, χωρίς να αφήνουν τα προηγούμενα ρεκόρ να καθορίζουν το πού πρέπει να σταματούν τα πειράματα.
«Κάθε φορά που σημειώνεται ένα νέο παγκόσμιο ρεκόρ στον αθλητισμό, είναι εκπληκτικό και γιορτάζεται, ακόμα κι αν πρόκειται για διαφορά χιλιοστών του δευτερολέπτου», λέει η Oliverio. «Το ίδιο θα έπρεπε να κάνουμε και για τις αμοιβάδες. Αυτές οι πολύ μικρές αλλαγές διευρύνουν την κατανόησή μας για το τι θεωρούμε εφικτό».
