النيماتودا المتطرفة من بحيرة مونو: السباحة في الزرنيخ والبقاء على قيد الحياة

نعلم جميعًا أنه في البحر الميت ، لا يستطيع سوى القليل منهم البقاء على قيد الحياة ، بالنظر إلى درجة الملوحة الرائعة. مثل هذا الموئل يسمى بحق المتطرف والمستحيل للحياة. صحيح أن العبارة الأخيرة غير صحيحة تمامًا ، لأن هناك كائنات يمكن أن تعيش حتى في أصعب الظروف. في كاليفورنيا ، يوجد مكان مثل بحيرة مونو. الماء الموجود فيه مالح للغاية ويحتوي على الزرنيخ ، وهذا يشير بالفعل إلى أنه سيكون لديك عدد قليل جدًا من الجيران إذا قررت العيش هناك. في السابق ، كان يعتقد أن الطحالب أحادية الخلية فقط ، والتي تتغذى على القشريات من نوع Artemia monica ، و الذباب من الأنواع Ephydra hians (الذباب الساحلي أو الذباب القلوي) تعيش في مياه البحيرة. تم تحديد البكتيريا التي تتكيف مع الظروف القاسية في وقت لاحق. على هذه القائمة من سكان الخزان انتهت ، ولكن الطبيعة مليئة بالمفاجآت ، وبحيرة مونو ليست استثناء.

اكتشف فريق دولي من العلماء من اليابان والولايات المتحدة الأمريكية وبريطانيا العظمى وإسرائيل 8 أنواع جديدة من الديدان الخيطية التي تعيش في بحيرة مونو. هذه المخلوقات لا يخافون من الزرنيخ ، ولديهم حقيبة مثل الكنغر ، ولديهم أيضًا ثلاثة جنسين. ماذا يمكنني أن أقول ، التطور لا يتوقف عن الدهشة. ما هي الخصائص الفريدة الأخرى التي تمتلكها النيماتودا المتطرفة ، وكيف تمكنت من الصمود في الموائل القاسية ومن أين أتوا في البحيرة؟ الإجابات على هذه الأسئلة تنتظرنا في تقرير المجموعة البحثية. دعنا نذهب.

أساس الدراسة

الديدان الخيطية شائعة جدا والعديد من ممثلي الديدان المستديرة. في الوقت الحالي ، هناك حوالي 25000 نوع من الأنواع الموصوفة ، ولكن كم من الأنواع يصعب قولها ، لأن أنواعًا جديدة تفتح كل عام تعتمد موائل هذه المخلوقات على نمط الحياة الذي تفضله: يمكن العثور على العيش الحر في التربة ، وفي مستودعات المياه العذبة ، والبحار ، وما إلى ذلك ، ولكن الأنواع الطفيلية تعيش بشكل طبيعي داخل الكائنات الحية (الحيوانات والنباتات).



تختلف أبعاد النيماتودا اختلافًا كبيرًا حسب الأنواع. يصل طول أصغرها إلى 80 ميكرون ، ويمكن أن يصل أكبر الأنواع ، Placentonema gigantissima ، التي تعيش في مشيمة حيتان الحيوانات المنوية ، إلى 8.5 متر. ليس ذلك لأنني كنت شديد الحساسية ، لكن الأمر مثير للاشمئزاز.

الديدان الخيطية التي نتحدث عنها اليوم هي متطرفة ، أي ممثلين للكائنات الحية القادرة على العيش في ظروف قاسية للغاية دون أي مشاكل.



وبحيرة مونو متطرفة حقا مدى الحياة. أولاً ، يكون الماء أكثر ملوحة بثلاث مرات من المحيط ، وثانيًا ، يكون مستوى الأس الهيدروجيني فيه 10 (للمقارنة ، فإن درجة الحموضة في التبييض هي 12.5).

على الرغم من هذه الظروف غير الجذابة ، لا تزال هناك حياة في البحيرة. تعتبر قشريات الأرتيميا مونيكا ، التي تتغذى على الطحالب أحادية الخلية وهي غذاء لأكثر من مليوني طائر من 25 نوعًا يعششون في المنطقة المجاورة ، من أكثر سكان بحيرة مونو هائلًا قبل اكتشاف الديدان الخيطية. كما ترون ، حتى الأماكن الأكثر تطرفا على هذا الكوكب يمكن أن تكون مليئة بالحياة.


لا ، هذه ليست طحالب ، لكن جحافل الذباب على شواطئ بحيرة مونو.

تسمح دراسة النيماتودا التي تعيش في بحيرة مونو بفهم أفضل لآليات تكيف الحيوانات مع الظروف القاسية ، وكذلك تأثيرها على النظام البيئي في هذا النوع من البيئة.

نتائج البحوث

تجدر الإشارة إلى أن بحيرة مونو كبيرة جدًا ، وتبلغ مساحة مستجمعات المياه 2030 كم ² ، وتبلغ البحيرة نفسها حوالي 170 كم ² ، و 21 كم طولًا (من الشرق إلى الغرب) ، وعرضها 15 كم (من الشمال إلى الجنوب). بالنظر إلى هذا ، وكذلك درجات النشاط البشري المختلفة حول البحيرة ، فإن خصائص المياه والساحل في مناطق مختلفة ستختلف إلى درجة أو أخرى. لذلك ، لدراسة الحياة في الرواسب السفلية لبحيرة مونو ، تم جمع التربة من ثلاثة مواقع:

• قطعة أ - شاطئ البكر (الشاطئ في الشمال الشرقي) ؛
• قطعة ب - شاطئ البحرية (الشاطئ في الجنوب) ؛
• قطعة C - مارينا القديمة (الشاطئ في الغرب).

القسم A يتعذر الوصول إليه تمامًا للسيارات ، وبالتالي فإن النشاط البشري في هذه المنطقة ضئيل للغاية. يوجد في الموقع B الكثير من أبراج tuff-tuff-lime-tuff الشاهقة فوق المياه بسبب الانخفاض الحاد في منسوب المياه في البحيرة (بمقدار 15 مترًا بحلول عام 1994) ، مما يجعل هذا المكان شائعًا للغاية بين السياح. يحتوي القسم C أيضًا على عدد صغير من المسامير ، لكن الساحل صخري ، لأنه لا يوجد الكثير من الناس.

في كل موقع ، أخذت عينات التربة في ثلاث مناطق: المنطقة الجافة ، ومنطقة المد والجزر ، وفي البحيرة نفسها. باستخدام قمع بيرمان ، تم عزل النيماتودا الحية من عينات التربة ، والتي ، بالمناسبة ، لم يتم العثور عليها في عمود الماء.


قمع برمان

بالإضافة إلى الديدان الخيطية ، تم العثور على الذباب القلوي والقشريات المحلية ، أي فقط ثلاثة أنواع مختلفة من الكائنات الحية ، مما يدل مرة أخرى على شدة البيئة.

من أجل فهم ما يؤثر بالضبط على نمو وتكاثر النيماتودا في بحيرة مونو ، قام العلماء بقياس مستوى تمعدن ودرجة الحموضة لجميع عينات التربة. تراوحت درجة الحموضة المتوسطة للعينات من 9 إلى 10 في جميع المناطق. لكن درجة الملوحة ، اعتمادا على موقع أخذ العينات ، تختلف. لذلك ، لا يحتوي القسم "أ" على أي نقطة دخول إلى تيارات المياه العذبة وهو الأكثر تطرفًا من الناحية الكيميائية. ولكن ، على الرغم من ذلك ، تم العثور على النيماتودا في هذه المنطقة (في منطقة المد والجزر). لذلك ، يتم تكييفها بشكل كامل النيماتودا لمثل هذه الظروف ولا تعيش حصرا في أقسام أقل تطرفا من البحيرة.


الصورة رقم 1

وأظهر تحليل الحمض النووي الخيطي وجود 8 أنواع منفصلة (المسمى أ - ح في الصور 1B و 1 C ). تم العثور على أحد الأنواع بشكل حصري في قطعة الأرض A ، وسبعة أنواع في قطعة B وثلاثة أنواع في قطعة C. وبعد بعض الوقت ، تم العثور على أنواع معينة ( e و f ) بالفعل في أجزاء أخرى من البحيرة ، مما يدل على بيئتها الواسعة.

وقد تم تحديد النيماتودا من خلال تحليل التواقيع من وحدة فرعية كبيرة من الحمض الريبي النووي الريباسي 28 الحمض النووي الريبي والوحيدات الصغيرة من الحمض الريبي النووي الريباسي 18 الحمض النووي الريبي. أظهرت النتائج أن ثلاثة من أنواع النيماتودا المعزولة هي أنواع معروفة ، وأن خمسة من الأنواع غير المتسلسلة سابقًا ( 2A ).


الصورة رقم 2

يتم توزيع الديدان الخيطية المدروسة بواسطة التكوّن النسيجي للديدان الخيطية ( 2B ) مع الأنواع المعروفة Mononchoides americanus (الأنواع c) و Diplogaster rivalis (d) في clade * V و Prismatolaimus dolichurus (f) في clade II. اثنان من الأنواع غير المتسلسلة سابقًا ، Auanema sp. (أ) و Pellioditis sp. (ب) ينتمي إلى الكنز الخامس.

التكوّن النسيجي * - تطور نوع بيولوجي مع مرور الوقت.

Clade * - مجموعة من الكائنات الحية ذات سلف مشترك ، تحتوي على جميع أحفادها المباشرة.

خصص الباحثون ثلاثة أنواع غير متسلسلة للعائلة ، وليس للجنس ، حيث لا يوجد لديهم أنواع قريبة من علم الأنساب : الأنواع في Mermithidae (e ، clade I) والأنواع في Monhysteridae (g و h ، بين clade II و III).

هذا التنوع في الأنواع يشير إلى أن مستوطنة بحيرة مونو حدثت من خلال الاستعمار المتكرر ، والتي كانت أسبابها مختلفة ، منفصلة عن بعضها البعض ، الأسباب والعوامل والأحداث.

الأنواع المكتشفة تشريحيا تختلف أيضا عن بعضها البعض. تم الكشف عن علامات على ثلاثة أشكال مختلفة من الهياكل الفموية: الكسارات ( Auanema sp. ، Pellioditis sp. ، Monhysteridae ) ، الأسنان ( M. americanus و D. rivalis ) ومريء طويل به بنى صغيرة تشبه الأسنان ( P. dolichurus ).

خصائص هياكل الفم الحيوانية تجعل من الممكن تقييم نظامه الغذائي وأسلوب تناول الطعام. بالنظر إلى البيانات ، اقترح العلماء أن Auanema sp. ، Pellioditis sp. و Monhysteridae تتغذى على الكائنات الحية الدقيقة ، M. americanus ، D. rivalis ، و P. dolichurus هي حيوانات مفترسة. بالإضافة إلى ذلك ، تنتمي الأنواع من Mermithidae (e) إلى العائلة التي ينتمي أفرادها إلى الطفيليات المفصلية. لذلك ، يمكن افتراض أن الأنواع e هي طفيلي من قشريات البحيرة وربما الذباب القلوي.

تتيح لنا الملاحظات والاكتشافات المماثلة أن نستنتج أن النيماتودا هي الكائنات المهيمنة في النظام الإيكولوجي لبحيرة مونو ( 2C ) ، من حيث العدد وتنوع الأنواع.

غالباً ما ترتبط دراسة النباتات الشاذة وليس فقط بزراعتها (زراعة) في الظروف المختبرية ، والتي تتيح لك فحص بالتفصيل عملية تطور الكائن الحي وسلوكه وردود الفعل على بعض المحفزات الخارجية. ومع ذلك ، لا يمكن دائمًا زراعة كائن حي يولد في المختبر ويعيش ويموت في ظروف بالغة القسوة ، ولا يمكن التنبؤ بها في بعض الأحيان. ومع ذلك ، تمكن العلماء من أن ينمو في المختبر أحد الأنواع الموجودة في بحيرة مونو ، وهي Auanema sp. ( 3A ).


الصورة رقم 3

اثنان سلالات من الديدان الخيطية Auanema sp. من قطعة B (شاطئ البحرية) ، والتي يمكن تجميدها بسهولة ثم إذابة. في ظل هذه الظروف ، كان للديدان الخيطية فترة حياة تكاثرية تتراوح من 2.5 إلى 3 أيام عند درجة حرارة 22.5 درجة مئوية ، مقارنة بفترة C. elegans (نيماتودا حية خالية تستخدم ككائن حيوي).

يشير الباحثون إلى أن جنس Auanema يحتوي على خمسة أنواع أخرى تم اكتشافها والتحقيق فيها من قبل ، ولكن لم يعيش أي منهم في ظروف قاسية.

أظهرت الملاحظات في المختبر أن ممثلي Auanema sp. ، مثل أقاربهم من النوع A. rhodensis و A. freiburgensis ، تنقسم إلى ثلاثة أنواع من الجنس: خنثى ، ذكور وإناث. في الوقت نفسه ، Auanema س. تمتلك بعض الميزات الفريدة والبيولوجية والتاريخية.

يختلف الذكور من هذا النوع في بنيتهم ​​اختلافًا كبيرًا عن معظم الأنواع التي تمت دراستها مسبقًا ، مما يؤكد المقارنة بين الصور الفوتوغرافية لقسم الذيل من الأنواع الذكرية Auanema sp. و C. ايليجانس .


صور من قسم الذيل من الأنواع الذكور Auanema sp.

L - قسم الذيل بأكمله ، M - Q - صورة مقربة للظهر في طائرات بؤرية مختلفة ، حليمات الأعضاء التناسلية المميزة بالأرقام ، والجراب * المميز بالحرف B ، والبابيميد هو الحرف P ، والحليمة المفردة هي الحرف H (الخطاف).

الجراب * - طيات تحت الشفة من بشرة ، تحيط جزئيًا أو كليًا بذيل الذكور.

Phasmids * - الأجهزة الجانبية المقترنة (الوظائف الحسية والغدية).

Papilla * هو ثمرة بشرة تؤدي وظيفة مستقبلات مختلطة.

وللمقارنة الآن ، انظر إلى هيكل قسم ذيل النيماتودا الذكرية من النوع C. elegans ، والذي يستخدم في علم الأمراض ككائن نموذجي.


صور توضح تطور ذكور C. ايليجانس من يرقة إلى فرد ناضج.

يتم رسم ذيل الذكر خلال الساعات الأربع الأخيرة من مرحلة اليرقات. يوضح الشكل أ الذيل قبل بدء هذه العملية مباشرة. الخلايا تحت الجلد من طرف الذيل ( B ) هي الخلايا الأولى التي تبدأ في التمدد. يشير السهم في هذه الصورة إلى تجويف متزايد مملوء بالسوائل بين سطح الشخص المستقبلي وإهاب L4 . يظهر C و D أن الجسم يبدأ بالتمدد داخل البشرة ويملأها. E و F (عرض جانبي وأعلى) عبارة عن صور لديدان خيطية من الذكور مكونة بالكامل. المواد لهذه المقارنة مأخوذة من هنا .

في الذكور C. elegans ، تشبه المنطقة الذيلية مروحة مع العديد من العمليات شعاعي ، ولكن في الذكور من الأنواع Auanema sp. الذين يعيشون في بحيرة مونو ، يتميز هذا الجزء من الجسم بعملية صغيرة على شكل خطاف.

تعتبر الأنيماتودا الأنثوية من البحيرة فريدة أيضًا لأنها لا تضع بيضًا ، لكنها حية (يظهر 3B يرقة داخل الأنثى). اختيار طريقة التكاثر هذه يرجع إلى الظروف المعيشية القاسية. كونها داخل الأم ، فإن الأبناء يتلقون الحماية من التأثيرات البيئية. لذلك ، ليست هناك حاجة للتطور بأي طريقة غير عادية ، بحيث لا يمكن للبالغين فقط البقاء على قيد الحياة في بحيرة مونو ، ولكن أيضًا بيضهم ويرقاتهم.

بطبيعة الحال ، فإن الميزة الأبرز للديدان الخيطية من بحيرة مونو هي استقرارها. تحتوي مياه البحيرة على تركيز كبير من الزرنيخ - الزرنيخيت باسم (III) والزرنيخ باسم (V).

أجريت تجارب مقارنة بمشاركة الديدان الخيطية Auanema sp. (من البحيرة) و C. elegans (النموذج) ، والتي ، كما تم إنشاؤها سابقًا ، قادرة على تحمل جرعة من الزرنيخ 60 مرة قاتلة للبشر.

أولاً ، وضعت الديدان الخيطية لكلا النوعين في المياه العادية. أظهر كلا الموضوعين درجة عالية من البقاء على قيد الحياة. ثم وضعت في الماء مع 1.5 مم كما في (III) ، وبعد 2.5 ساعة من بقاء Auanema س. كان أعلى ( 4A ) من C. elegans (متوسط ​​بقاء Auanema كان 86 ٪ ، و C. elegans كان 35 ٪).


الصورة رقم 4

بعد 5 ساعات ، واصل الاتجاه: متوسط ​​معدل البقاء على قيد الحياة من Auanema س. - 35 ٪ ، وفي C. ايليجانس - 7 ٪. في الساعة السابعة من التجربة ، كان بقاء كلا النوعين منخفضًا للغاية: Auanema sp. - 24 ٪ ، C. ايليجانس - 7 ٪.

قد يشك المرء بالفعل في قدرة الديدان الخيطية من بحيرة مونو على مقاومة الزرنيخ ، لكن المرحلة الثانية من التجارب أظهرت نتائج مثيرة للاهتمام. بتركيز As (V) 10 مم و 30 مم Auanema sp. أظهر ارتفاع البقاء على قيد الحياة حتى بعد 7 ساعات: Auanema sp. - 79 ٪ ، و C. elegans - 16 ٪ فقط.

الاستنتاج بسيط للغاية - Auanema sp. يمكن أن تحمل تركيزات عالية من (V) لفترة طويلة ، 500 مرة الجرعة المميتة للبشر.

أظهر التحليل التالي نتائج أكثر إثارة للاهتمام. قرر العلماء مقارنة مقاومة الزرنيخ س. (من البحيرة) والأنواع الأخرى ذات الصلة A. freiburgensis و A. rhodensis ، التي تعيش في ظروف غير متطرفة. بعد ساعتين ونصف في الحمام مع وجود أنواع غير متطرفة تبلغ نسبتها 1.5 مم (3) أظهرت بقاء أكبر من الديدان الخيطية من بحيرة مونو: Auanema sp. - 86 ٪ ، A. freiburgensis - 99 ٪ و A. rhodensis - 97 ٪ ( 4B ).

لكن كيف ذلك؟ اتضح أن مقاومة الزرنيخ في الديدان الخيطية من البحيرة ليست قدرة فريدة من نوعها؟ نعم ولا. والحقيقة هي أن هذه الميزة هي سمة مشتركة قبل التكيف للجنس بأكمله Auanema. وبعبارة أخرى ، كان لدى الديدان الخيطية هذه القدرة قبل استعمار البحيرة.

يقترح أن المقاومة القوية لجميع أنواع Auanema الثلاثة قد تكون بسبب جينات جديدة أو طفرات طبيعية في الجينات الموجودة. واحدة من الطفرات الطبيعية التي تؤثر على حساسية الزرنيخ في C. ايليجانس هي طفرة خطأ DBT-1 (C78S).

يحدث هذا التحور في بروتين أيض الأحماض الأمينية المتفرعة السلسلة في سلالات هاواي C. elegans . أظهر تسلسل dbt-1 من ثلاثة أنواع من Auanema وجود طفرة في السلسلة ، كما في هاواي C. elegans ( 4C ).

للتعرف أكثر تفصيلاً على الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بأن تنظر في تقرير العلماء ومواد إضافية إليه.

خاتمة

العالم مليء بالأماكن المهددة للحياة حيث ، من خلال منطق الأشياء ، لا ينبغي أن توجد الحياة. ومع ذلك ، يمكن قول الشيء نفسه عن الكوكب نفسه في بداية الوقت. يمكن أن توجد الحياة في أي ظرف من الظروف ، ولا يلزم سوى وقت للتكيف.

وبطبيعة الحال ، فإن النيماتودا الموجودة في بحيرة مونو لديها بالفعل درجة معينة من القدرة على التكيف مع البيئة القاسية ، ولكن في عملية الاستعمار اكتسبت البحيرات العديد من الميزات الجديدة التي زادت فقط من القدرة على التحمل ، ونتيجة لذلك ، فإن فرص وجود ناجح حيث يموت آخرون.

ولكن حتى أكثر الكائنات الدائمة على كوكبنا ستواجه عاجلاً أم آجلاً مشكلة حتمية - معنا. لقد أدى تطور الجنس البشري إلى انقراض العديد من الأنواع ، وحتى الكائنات المتطرفة. هذا لا يعني أن الشخص هو شر حقيقي ، فهو يقول فقط أننا ، بوصفنا نوعًا ، نحتاج إلى فهم الترابط بين كل ما يحيط بنا. على سبيل المثال ، تعد بحيرة مونو موطنًا خطيرًا للكثيرين ، ومع ذلك ، فهي موقع تعشش لحوالي مليوني طائر من 25 نوعًا مختلفًا. تتغذى هذه الطيور على الذباب القلوي وقشريات البحيرة ، والتي تتغذى على الطحالب أحادية الخلية. ماذا يحدث إذا لم تعد هذه الطحالب موجودة؟ الجواب ، للأسف ، واضح للغاية. لا يمكن إيقاف آلة التقدم ، ولكن يمكن التحكم فيها بشكل أكثر دقة ومسؤولية مع التركيز على من لا يجلس فيها.



شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ، خصم 30 ٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من خوادم الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1 جيجابت في الثانية من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).

ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ فقط لدينا 2 من Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6 جيجا هرتز 14 جيجا بايت 64 جيجا بايت DDR4 4 × 960 جيجا بايت SSD 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 199 دولار في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 سعة 2 جيجا هرتز 6 جيجا بايت 128 جيجا بايت ذاكرة DDR3 2x960GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 تيرابايت - من 99 دولارًا! اقرأ عن كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟