Nématodes extrêmes du lac Mono: nagez dans l'arsenic et survivez

Nous savons tous que dans la mer Morte, peu de gens pourraient survivre, compte tenu du degré incroyable de salinité. Un tel habitat est à juste titre appelé extrême et impossible à vivre. Certes, la dernière affirmation n'est pas entièrement correcte, car il existe des créatures qui peuvent vivre même dans les conditions les plus difficiles. En Californie, il y a un tel endroit - le lac Mono. L'eau qu'elle contient est extrêmement salée et contient de l'arsenic, ce qui suggère déjà que vous auriez très peu de voisins si vous décidiez d'y vivre. Auparavant, on pensait que seules les algues unicellulaires, qui se nourrissent de crustacés de l'espèce Artemia monica, et les mouches de l'espèce Ephydra hians (mouches côtières ou mouches alcalines) vivent dans les eaux du lac. Des bactéries qui se sont adaptées aux conditions difficiles ont ensuite été identifiées. Sur cette liste d'habitants du réservoir terminé, mais la nature est pleine de surprises, et le lac Mono ne fait pas exception.

Une équipe internationale de scientifiques du Japon, des États-Unis, de la Grande-Bretagne et d'Israël a découvert 8 nouvelles espèces de nématodes vivant dans le lac Mono. Ces créatures n'ont pas peur de l'arsenic, elles ont un sac comme un kangourou et elles ont aussi trois sexes. Que puis-je dire, l'évolution ne cesse d'étonner. Quelles sont les autres caractéristiques uniques des nématodes extrêmes, comment parviennent-ils à résister à l'habitat dur et d'où viennent-ils dans le lac? Des réponses à ces questions nous attendent dans le rapport du groupe de recherche. Allons-y.

Base d'étude

Les nématodes sont assez communs et représentent de nombreux vers ronds. À l'heure actuelle, il y a environ 25 000 espèces décrites, mais combien d'espèces sont difficiles à dire, car de nouvelles ouvrent chaque année. L'habitat de ces créatures dépend du mode de vie qu'elles préfèrent: la vie libre peut être trouvée dans le sol, dans les réservoirs d'eau douce, les mers, etc., mais les espèces parasites vivent naturellement à l'intérieur des organismes vivants (animaux et plantes).



Les dimensions des nématodes varient considérablement selon les espèces. Les plus petites atteignent 80 microns de long et les plus grandes espèces, Placentonema gigantissima , vivant dans le placenta des cachalots, peuvent atteindre jusqu'à 8,5 mètres. Non pas que j'étais délicat, mais c'est même dégoûtant d'imaginer.

Les nématodes dont nous parlons aujourd'hui sont des extrémophiles, c'est-à-dire des représentants d'organismes vivants qui peuvent vivre dans des conditions très extrêmes sans aucun problème.



Et le lac Mono est vraiment extrême pour la vie. Premièrement, il est trois fois plus salé que l'océan, et deuxièmement, son pH est de 10 (à titre de comparaison, le pH de l'eau de Javel est de 12,5).

Malgré ces conditions peu attrayantes, il y a toujours de la vie dans le lac. Les crustacés Artemia monica , qui se nourrissent d'algues unicellulaires et sont la nourriture de plus de 2 millions d'oiseaux de 25 espèces nichant dans les environs, étaient considérés comme les habitants les plus massifs du lac Mono avant la découverte des nématodes. Comme vous pouvez le voir, même les endroits les plus extrêmes de la planète peuvent être pleins de vie.


Non, ce ne sont pas des algues, mais des hordes de mouches sur les rives du lac Mono.

L'étude des nématodes vivant dans le lac Mono permet de mieux comprendre les mécanismes d'adaptation des animaux aux conditions extrêmes, ainsi que leur impact sur l'écosystème dans ce type d'environnement.

Résultats de recherche

Il convient de noter que le lac Mono est assez grand, le bassin versant est de 2030 km ² et le lac lui-même mesure environ 170 km ² , 21 km de long (d'est en ouest) et 15 km de large (du nord au sud). Compte tenu de cela, ainsi que des degrés variables d'activité humaine autour du lac, les caractéristiques de l'eau et de la côte dans différentes régions varieront dans une certaine mesure. Par conséquent, pour étudier la vie dans les sédiments de fond du lac Mono, le sol a été prélevé sur trois sites:

• Parcelle A - Pristine Beach (plage au nord-est);
• parcelle B - Navy Beach (plage au sud);
• terrain C - Old Marina (plage à l'ouest).

La section A est complètement inaccessible aux véhicules, donc l'activité humaine dans cette zone est minime. Sur le site B, il y a beaucoup de tufs - des tours de tuffeau de chaux qui surplombent l'eau en raison d'une forte baisse du niveau de l'eau dans le lac (de 15 mètres en 1994), ce qui rend cet endroit extrêmement populaire auprès des touristes. La section C compte également un petit nombre de tufs, mais la côte est rocheuse, car il n'y a pas tellement de monde.

À chaque site, des échantillons de sol ont été prélevés dans trois zones: la zone sèche, la zone de marée et dans le lac lui-même. À l'aide d'un entonnoir Berman, des nématodes vivants ont été isolés d'échantillons de sol qui, soit dit en passant, n'ont pas été trouvés dans la colonne d'eau.


Entonnoir de Berman

En plus des nématodes, des mouches alcalines et des crustacés locaux ont été trouvés, c'est-à-dire seulement trois types différents d'organismes vivants, ce qui montre une fois de plus la gravité de l'environnement.

Afin de comprendre ce qui affecte exactement la croissance et la reproduction des nématodes dans le lac Mono, les scientifiques ont mesuré le niveau de minéralisation et le pH de tous les échantillons de sol. Le pH moyen des échantillons variait de 9 à 10 dans toutes les zones. Mais le degré de salinité, selon le site d'échantillonnage, variait. La section A n'a donc pas de point d'entrée dans les cours d'eau douce et est la plus chimiquement extrême. Mais, malgré cela, des nématodes ont également été trouvés dans cette zone (dans la zone de marée). Par conséquent, les nématodes sont parfaitement adaptés à ces conditions et ne vivent pas exclusivement dans des sections moins extrêmes du lac.


Image n ° 1

L'analyse de l'ADN des nématodes a montré la présence de 8 espèces distinctes (marquées a - h sur les images 1B et 1C ). Une des espèces a été trouvée exclusivement dans la parcelle A, sept espèces dans la parcelle B et trois espèces dans la parcelle C.Après un certain temps, certaines espèces ( e et f ) ont déjà été trouvées dans d'autres parties du lac, ce qui indique leur vaste habitat.

L'identification des nématodes a été effectuée en analysant les signatures de la grande sous-unité d'ADNr ribosomique d'acide ribosomique 28 et de la petite sous-unité d'ADNr ribosomique d'acide ribonucléique 18. Les résultats ont montré que trois des nématodes isolés sont des espèces connues, et cinq sont des espèces non séquencées auparavant ( 2A ).


Image n ° 2

Les nématodes étudiés sont distribués par phylogenèse * des nématodes ( 2B ) avec les espèces connues Mononchoides americanus (espèce c) et Diplogaster rivalis (d) en clade * V et Prismatolaimus dolichurus (f) en clade II. Deux des espèces précédemment non séquencées, Auanema sp. (a) et Pellioditis sp. (b) appartiennent au trésor V.

Phylogenèse * - le développement d'une espèce biologique au fil du temps.

Clade * - un groupe d'organismes avec un ancêtre commun, contenant tous ses descendants directs.

Les chercheurs ont attribué trois espèces non séquencées à la famille et non au genre, car elles n'ont pas d'espèces phylogénétiquement proches: les espèces de Mermithidae (e, clade I) et les espèces de Monhysteridae (g et h, entre les clades II et III).

Cette diversité d'espèces suggère que la colonisation du lac Mono s'est produite par une colonisation répétée, dont les raisons étaient différentes, distinctes les unes des autres, des causes, des facteurs et des événements.

Les espèces découvertes anatomiquement différaient également les unes des autres. Des signes de trois formes différentes de structures buccales ont été mis en évidence: des broyeurs ( Auanema sp. , Pellioditis sp. , Monhysteridae ), des dents ( M. americanus et D. rivalis ) et un œsophage long avec de petites structures en forme de dent ( P. dolichurus ).

Les caractéristiques des structures buccales de l’animal permettent d’évaluer son alimentation et son style alimentaire. Compte tenu des données, les scientifiques ont suggéré que Auanema sp. , Pellioditis sp. et les Monhysteridae se nourrissent de micro-organismes, M. americanus , D. rivalis et P. dolichurus sont des prédateurs. De plus, les espèces de Mermithidae (e) appartiennent à la famille dont les membres sont des parasites arthropodes. Par conséquent, on peut supposer que l'espèce e est un parasite des crustacés de lac et, éventuellement, des mouches alcalines.

Des observations et découvertes similaires nous permettent de conclure que ce sont les nématodes qui sont les organismes dominants dans l'écosystème du lac Mono ( 2C ), tant en nombre qu'en diversité d'espèces.

L'étude des extrémophiles et non seulement est souvent associée à leur culture (culture) dans des conditions de laboratoire, ce qui permet d'examiner en détail le processus de développement de l'organisme, son comportement et ses réponses à certains stimuli externes. Cependant, il n'est pas toujours possible de cultiver en laboratoire un organisme qui naît, vit et meurt dans des conditions extrêmement extrêmes et parfois imprévisibles. Néanmoins, les scientifiques ont réussi à cultiver en laboratoire l'une des espèces présentes dans le lac Mono, à savoir Auanema sp. ( 3A ).


Image n ° 3

Deux sous-espèces des nématodes Auanema sp. de la parcelle B (Navy Beach), qui pourrait être facilement congelée puis décongelée. Dans ces conditions, les nématodes ont une durée de vie reproductrice de 2,5 à 3 jours à 22,5 ° C, comparable à celle de C. elegans (un nématode vivant en liberté utilisé comme organisme modèle).

Les chercheurs notent que le genre Auanema contient cinq autres espèces qui ont été précédemment découvertes et étudiées, mais aucune d'entre elles ne vivait dans des conditions extrêmes.

Des observations en laboratoire ont montré que des représentants d' Auanema sp. , comme leurs parents des espèces A. rhodensis et A. freiburgensis , sont divisés en trois sexes: hermaphrodites, mâles et femelles. Dans le même temps, Auanema sp. possède des caractéristiques typologiques, biologiques et phylogénétiques uniques.

Les mâles de cette espèce dans leur structure sont très différents de la plupart des espèces étudiées précédemment, ce qui confirme la comparaison des photographies de la queue de l'espèce mâle Auanema sp. et C. elegans .


Photos de la queue d'une espèce mâle Auanema sp.

L - section de la queue entière, M - Q - gros plan du dos dans différents plans focaux, papilles génitales marquées de chiffres, B marqué de bourse * , P - lettre phasmide P , papille unique ventrale H * (crochet).

Bursa * - plis sous-ventraux de la cuticule, entourant partiellement ou complètement la queue des mâles.

Phasmides * - organes latéraux appariés (fonctions sensorielles et glandulaires).

La papille * est une excroissance des cuticules qui remplit une fonction de récepteur mixte.

Et maintenant, pour comparaison, regardez la structure de la section de la queue du nématode mâle de l'espèce C. elegans , qui est utilisé en nématologie comme organisme modèle.


Photos montrant le développement d'une espèce mâle de C. elegans d'une larve à un individu mature.

La queue du mâle est attirée pendant les 4 dernières heures du stade larvaire. La figure A montre la queue juste avant le début de ce processus. Les cellules sous-cutanées de la pointe de la queue ( B ) sont les premières cellules qui commencent à s'étirer. La flèche sur cette image indique une cavité remplie de liquide croissante entre la surface du futur adulte et la cuticule L4 . C et D montrent que le corps commence à s'étirer à l'intérieur de la cuticule, la remplissant. E et F (vue latérale et vue de dessus) sont des images d'un nématode mâle adulte complètement formé. Les matériaux pour cette comparaison sont tirés d'ici .

Chez les mâles C. elegans, la région caudale ressemble à un éventail avec de nombreux processus radiaux, mais chez les mâles de l'espèce Auanema sp. vivant dans le lac Mono, cette partie du corps se distingue par un petit processus en forme de crochet.

Les nématodes femelles du lac sont également uniques car ils ne pondent pas d'œufs, mais sont vivipares ( 3B montre la larve à l'intérieur de la femelle). Le choix de cette méthode de reproduction est dû aux conditions de vie difficiles. Étant à l'intérieur de la mère, la progéniture reçoit une protection contre les influences environnementales. Par conséquent, il n'est pas nécessaire d'évoluer de manière inhabituelle, de sorte que non seulement les adultes puissent survivre dans le lac Mono, mais aussi leurs œufs et leurs larves.

Naturellement, la caractéristique la plus remarquable des nématodes du lac Mono est leur stabilité. L'eau du lac contient une grande concentration d'arsenic - arsénite As (III) et arséniate As (V).

Des expériences comparatives ont été réalisées avec la participation de nématodes Auanema sp. (du lac) et C. elegans (modèle), qui, comme établi précédemment, sont capables de supporter une dose d'arsenic 60 fois supérieure à la létalité pour l'homme.

Tout d'abord, les nématodes des deux espèces ont été placés dans de l'eau ordinaire. Les deux sujets ont montré un haut degré de survie. Ils ont ensuite été placés dans de l'eau avec 1,5 mM d'As (III), et après 2,5 heures, la survie de Auanema sp. était plus élevée ( 4A ) que C. elegans (la survie moyenne d' Auanema était de 86% et C. elegans était de 35%).


Image n ° 4

Après 5 heures, la tendance s'est poursuivie: le taux de survie moyen d' Auanema sp. - 35%, et chez C. elegans - 7%. À la septième heure de l'expérience, la survie des deux espèces était extrêmement faible: Auanema sp. - 24%, C. elegans - 7%.

On peut déjà douter de la capacité des nématodes du lac Mono à résister à l'arsenic, mais la deuxième étape des expériences a montré des résultats intéressants. À une concentration d'As (V) dans 10 mM et 30 mM Auanema sp. a montré une survie élevée même après 7 heures: Auanema sp. - 79%, et C. elegans - seulement 16%.

La conclusion est assez simple - Auanema sp. peut supporter des concentrations élevées d'As (V) pendant longtemps, 500 fois la dose létale pour l'homme.

L'analyse suivante a montré des résultats encore plus intéressants. Les scientifiques ont décidé de comparer la résistance à l' arsenic Auanema sp. (du lac) et ses autres espèces apparentées A. freiburgensis et A. rhodensis , qui vivent dans des conditions non extrêmes. Après 2,5 heures dans un bain avec 1,5 mM d'As (III), les espèces non extrêmes ont montré une plus grande survie que les nématodes du lac Mono: Auanema sp. - 86%, A. freiburgensis - 99% et A. rhodensis - 97% ( 4B ).

Mais comment ça? Il s'avère que la résistance à l'arsenic des nématodes du lac n'est pas une capacité unique? Oui et non. Le fait est que cette caractéristique est un trait pré-adaptatif commun à l'ensemble du genre Auanema. En d'autres termes, les nématodes avaient cette capacité avant la colonisation du lac.

Il est suggéré que la forte résistance des trois espèces d' Auanema peut être due à de nouveaux gènes ou à des mutations naturelles de gènes existants. L'une des mutations naturelles qui affectent la sensibilité à l'arsenic chez C. elegans est la mutation faux-sens DBT-1 (C78S).

Cette mutation dans la protéine du métabolisme des acides aminés à chaîne ramifiée se produit dans la sous-espèce hawaïenne C. elegans . Le séquençage de dbt-1 des trois espèces d' Auanema a montré la présence d'une mutation sérine, comme chez Hawaiian C. elegans ( 4C ).

Pour une connaissance plus détaillée des nuances de l'étude, je vous recommande de consulter le rapport des scientifiques et les documents supplémentaires qui s'y rapportent.

Épilogue

Le monde est plein d'endroits mettant la vie en danger où, par la logique des choses, la vie ne devrait pas exister. Cependant, la même chose pourrait être dite à propos de la planète elle-même au début des temps. La vie peut exister dans toutes les conditions, seul le temps est nécessaire pour s'adapter.

Bien sûr, les nématodes du lac Mono avaient déjà un certain degré d'adaptabilité à l'environnement difficile, mais au cours de la colonisation, les lacs ont acquis plusieurs nouvelles caractéristiques qui n'ont fait qu'augmenter leur endurance et, par conséquent, les chances d'une existence réussie où d'autres mourraient.

Mais même les créatures les plus durables de notre planète seront tôt ou tard confrontées à un problème inévitable - avec nous. Le développement de l'humanité a conduit à l'extinction de nombreuses espèces, même extrémophiles. Cela ne signifie pas qu'une personne est un vrai mal, cela signifie seulement que nous, en tant qu'espèce, devons comprendre l'interdépendance de tout ce qui nous entoure. Par exemple, le lac Mono est un habitat dangereux pour beaucoup, mais c'est un site de nidification pour environ 2 millions d'oiseaux de 25 espèces différentes. Ces oiseaux se nourrissent de mouches alcalines et de crustacés de lac, qui se nourrissent d'algues unicellulaires. Que se passe-t-il si ces algues cessent d'exister? Malheureusement, la réponse est très évidente. La machine de progression ne peut pas être arrêtée, mais elle peut être contrôlée de manière beaucoup plus précise et responsable en gardant un œil sur ceux qui n'y sont pas assis.



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