来自莫诺湖的极端线虫：在砷中游泳并生存

我们都知道，鉴于盐度达到令人难以置信的程度，在死海中几乎没有人能够生存。 这样的栖息地被正确地称为极端，是终生不可能的。 没错，最后一个陈述并不完全正确，因为有些生物即使在最困难的条件下也可以生存。 在加利福尼亚州，就是这样一个地方-Mono湖。 其中的水非常咸，并且含有砷，这已经表明，如果您决定住在那里，邻居就很少了。 以前，人们相信只有单细胞藻类（其食虫是卤虫），甲虫（Ephhydra hian）的蝇（沿海蝇或碱性蝇）才生活在湖水中。 后来发现了适应恶劣条件的细菌。 在这个水库居民名单上结束了，但是大自然充满了惊喜，莫诺湖也不例外。

来自日本，美国，英国和以色列的国际科学家团队在莫诺湖中发现了8种新的线虫。 这些生物不惧怕砷，它们有一个像袋鼠一样的袋子，而且还具有三种性别。 我能说的是，进化并没有停止。 极端线虫还有哪些其他独特的特征？它们如何承受恶劣的栖息地？它们来自湖中的何处？ 这些问题的答案在研究组的报告中等待着我们。 走吧

学习基础

线虫很常见，round虫的代表很多。 目前，大约有25,000种已描述的物种，但是由于每年都有新物种开放，因此很难说出多少种。 这些生物的栖息地取决于它们喜欢哪种生活方式：在土壤，淡水水库，海洋等中都可以找到自由的生活，但寄生生物自然生活在活的生物（动物和植物）内部。



线虫的大小根据种类而有很大差异。 最小的鱼长达80微米，最大的鱼长居于抹香鲸胎盘中的Placentonema gigantissima可达8.5米。 并不是说我很胆小，但想像中甚至令人作呕。

我们今天谈论的线虫是极端微生物，即 能够生活在极端条件下而没有任何问题的生物体的代表。



Mono Lake真的是一生的极端。 首先，它的咸度是海洋的三倍，其次，其中的pH值为10（相比之下，漂白剂的pH为12.5）。

尽管有如此吸引人的条件，湖中仍然有生命。 卤虫甲壳类甲虫以单细胞藻类为食，是附近栖息的超过200万只25种鸟类的食物，被认为是发现线虫之前莫诺湖的最大种群。 如您所见，即使地球上最极端的地方也可以充满生命。


不，这些不是藻类，而是成群的莫诺湖岸上的苍蝇。

对生活在莫诺湖中的线虫的研究使人们能够更好地了解动物适应极端条件的机制，以及它们在这种环境中对生态系统的影响。

研究成果

值得注意的是，莫诺湖很大，流域面积为2030 km ² ，湖本身大约为170 km ² ，长为21 km（从东到西），宽为15 km（从北到南）。 考虑到这一点，以及湖周围人类活动程度的不同，不同地区的水和海岸特征将有所不同。 因此，为了研究莫诺湖底部沉积物的生活，从以下三个地点收集了土壤：

• 地块A-原始海滩（东北海滩）；
• 地块B-海军海滩（南部海滩）；
• 地块C-老码头（西边的海滩）。

A区是车辆完全无法接近的区域，因此该区域中的人类活动极少。 在站点B上，有很多凝灰岩-石灰凝灰岩塔耸立在水面之上，原因是湖中水位急剧下降（到1994年下降了15米），这使得这个地方在游客中非常受欢迎。 C区也有少量凝灰岩，但海岸人多岩石多，因为人少。

在每个站点，在三个区域中采集土壤样本：干旱区域，潮汐区域以及湖泊本身。 使用Berman漏斗，从土壤样品中分离出了活的线虫，顺便说一下，这些样品在水柱中找不到。


伯曼的漏斗

除线虫外，还发现了碱蝇和局部甲壳类动物，即。 只是三种不同类型的生物，再次显示了环境的严峻性。

为了了解究竟是什么影响了莫诺湖线虫的生长和繁殖，科学家测量了所有土壤样品的矿化度和pH值。 在所有区域中，样品的平均pH范围为9至10。 但是，盐度取决于采样点而有所不同。 因此，A节没有任何进入淡水流的入口，在化学上是最极端的。 但是，尽管如此，在该区域（潮汐带）也发现了线虫。 因此，线虫完全适应这样的条件，并且不仅仅生活在湖泊的极端极端地区。


图片编号1

线虫DNA分析表明存在8个不同的物种（在图像1B和1C中标记为a - h ）。 仅在地块A中发现一种物种，在地块B中发现七种，在地块C中发现三种。一段时间后，在湖的其他部分已经发现某些物种（ e和f ），这表明它们的栖息地很广。

线虫的鉴定是通过分析核糖体核糖核酸28 rDNA的大亚基和核糖体核糖核酸18 rDNA的小亚基的特征来进行的。 结果表明，分离出的线虫中有3种是已知物种，而5种是以前未测序的物种（ 2A ）。


图片编号2

研究的线虫通过线虫的系统发生* （ 2B ）与在进化枝* V中的已知物种Mononchoides americanus （物种c）和Diplogaster Competitionis （d）在进化枝* V和Prismatolaimus dolichurus （f）在进化枝II中分布。 以前没有序列的两个物种， Auanema sp。 （一）和骨灰质炎。 （b）属于宝藏V。

系统发生* -生物物种随着时间的发展。

进化枝* -具有共同祖先的一组生物，包含其所有直接后代。

研究人员将三个未排序的物种分配给该科，而不是属，因为它们没有系统发育上接近的物种： Mermithidae中的物种（例如进化枝I）和Monhysteridae中的物种（在进化枝II和III之间位于g和h）。

这种物种多样性表明莫诺湖的定居是通过反复定居而发生的，其原因各不相同，彼此分开，原因，因素和事件。

解剖学发现的物种也彼此不同。 揭示了三种不同形式的口腔结构的迹象：压碎器（ Auanema sp。 ， 棘皮炎sp。 ， Monhysteridae ），牙齿（ M. americanus和D. Competitionis ）和一个长而食道小的齿状结构（ P. dolichurus ）。

动物的口腔结构特征使其可以评估其饮食和饮食风格。 有了这些数据，科学家们建议Auanema sp。 ， Pellioditis sp.。 斑节对虾和斑节对虾以微生物为食， 美洲 分枝杆菌 ， 竞争性丁香球菌和多利氏假单胞菌是捕食者。 另外， Mermithidae （e）的物种属于节肢动物寄生虫科。 因此，可以假设物种e是甲壳类动物的寄生虫，并且可能是碱性蝇。

类似的观察和发现使我们可以得出结论，线虫是莫诺湖（ 2C ）生态系统中的优势生物，无论数量还是物种多样性都如此。

极端微生物的研究不仅经常与它们在实验室条件下的培养（培养）有关，这使您可以详细检查生物体的发育过程，其行为以及对某些外部刺激的反应。 但是，并非总是能够在实验室中培养出在极端极端，有时甚至是不可预测的条件下出生，生活和死亡的生物。 尽管如此，科学家还是设法在实验室中生长出了莫诺湖中发现的一种物种，即Auanema sp。 （ 3A ）。


图片编号3

线虫Auanema sp。的两个亚种。 从地块B（海军海滩）中提取，可以很容易地冷冻然后解冻。 在这种条件下，线虫在22.5°C的条件下的繁殖寿命为2.5–3天，与秀丽隐杆线虫 （用作模型生物的自由生活线虫）的寿命相当。

研究人员指出， Auanema属还包含五个以前发现和研究过的物种，但它们都没有生活在极端条件下。

在实验室中的观察表明， Auanema sp。的代表。 像其来自A. rhodensis和A. freiburgensis的亲戚一样，分为三种性别：雌雄同体，雄性和雌性。 同时， Auanema sp。 具有一些独特的类型学，生物学和系统发育特征。

该物种的雄性在结构上与大多数先前研究过的物种有很大不同，这证实了雄性物种Auanema sp。尾部照片的比较。 和线虫 。


雄性物种Auanema sp。尾部的图片。

L-整个尾巴部分， M - Q-在不同焦平面的背部特写镜头，生殖器乳头标记有数字， 滑囊*标记有字母B，相中部是字母P ，单个乳头是字母H （钩）。

滑囊* -角质层的腹膜下褶，部分或完全围绕雄性尾巴。

Phasmids * -配对的侧器官（感觉和腺体功能）。

乳头*是执行混合受体功能的角质层产物。

现在进行比较，看看秀丽隐杆线虫（ C. elegans）雄性线虫尾部的结构，该线虫在昆虫学中用作模型生物。


图片显示雄性秀丽隐杆线虫从幼虫到成熟个体的发育过程。

幼虫期的最后4个小时，将雄性的尾巴拉入。 图A显示了此过程开始之前的尾巴。 尾巴的皮下细胞（ B ）是开始伸展的第一批细胞。 此图像中的箭头表示未来成年人的表面和L4角质层之间的液体填充腔正在增长。 C和D表明身体开始在角质层内部伸展并充满。 E和F （侧视图和俯视图）是完全形成的成年雄性线虫的照片。 用于比较的材料从此处获取 。

在雄性秀丽隐杆线虫中，尾部区域类似于具有许多放射状突起的扇形，但是在雄性Auanema sp。的雄性中。 生活在莫诺湖（Mono Lake）中，身体的这一部分以钩子的形式经过一个很小的过程而突出。

湖中的雌性线虫也很独特，因为它们不产卵，但是是胎生的（ 3B显示雌性体内的幼虫）。 选择这种繁殖方法是由于恶劣的生活条件。 在母亲体内，后代可以免受环境影响。 因此，不需要以任何不同寻常的方式进化，这样不仅成年人可以在莫诺湖中生存，而且其卵和幼虫也可以生存。

自然，莫诺湖线虫的最突出特点是其稳定性。 湖水中含有大量的砷-亚砷酸盐As（III）和砷酸盐As（V）。

在线虫Auanema sp。的参与下进行了比较实验。 （来自湖泊）和秀丽隐杆线虫 （模型），如先前所建立的，它们能够承受60倍致死性的砷。

首先，将两种线虫置于普通水中。 两个受试者均显示出高度的存活率。 然后将它们置于1.5 mM As（III）的水中，2.5小时后Auanema sp。的存活。 比秀丽隐杆线虫要高（ 4A ）（ Auanema的平均存活率为86％， 秀丽隐杆线虫的平均存活率为35％）。


图片编号4

5小时后，趋势继续： Auanema sp。的平均存活率。 -35％，在秀丽隐杆线虫中 -7％。 在实验的第七个小时，两个物种的存活率都非常低： Auanema sp.。 -24％， 秀丽隐杆线虫 -7％。

人们可能已经怀疑莫诺湖线虫的抗砷能力，但实验的第二阶段显示出有趣的结果。 在10 mM和30 mM Auanema sp。中浓度为As（V）的情况下。 即使在7小时后仍显示出高存活率： Auanema sp。 -79％， 线虫 -仅16％。

结论很简单-Auanema sp。 可以长时间承受高浓度的砷（V），是人体致死剂量的500倍。

以下分析显示了更有趣的结果。 科学家决定比较砷的抗性Auanema sp。 （来自湖泊）及其其他相关物种A. freiburgensis和A. rhodensis ，它们生活在非极端条件下。 在1.5 mM As（III）中浸泡 2.5小时后，非极端物种的存活率要高于Mono湖中的线虫： Auanema sp.。 -86％， freiburgensis -99％和Rhodensis -97％（ 4B ）。

但是，如何呢？ 事实证明，湖中线虫对砷的抗性不是独特的能力吗？ 是的，没有。 事实是，此功能是整个Auanema属的常见适应特征。 换句话说，线虫在湖定居之前就具有这种能力。

这表明所有三种阿努埃玛物种的强抗性可能是由于新基因或现有基因的自然突变。 影响秀丽隐杆线虫砷敏感性的自然突变之一是错义突变DBT-1（C78S）。

分支链氨基酸代谢蛋白中的这种突变发生在夏威夷亚种秀丽隐杆线虫中 。 三种Auanema物种的dbt-1测序表明存在丝氨酸突变，如夏威夷秀丽隐杆线虫 （ 4C ）。

为了更详尽地了解这项研究的细微差别，我建议您研究一下科学家的报告和其他材料 。

结语

这个世界充满了威胁生命的地方，按照事物的逻辑，生命不应该存在。 然而，在开始之初，关于行星本身的说法可能是一样的。 生命可以存在于任何条件下，只需要时间就可以适应。

当然，来自莫诺湖的线虫已经对恶劣的环境具有一定程度的适应性，但是在殖民化过程中，这些湖获得了几个新特征，这些新特征仅增加了它们的耐力，因此有成功生存的机会而其他人会死去。

但是，即使是我们星球上最持久的生物，迟早也会遇到与我们有关的不可避免的问题。 人类的发展导致了许多物种的灭绝，甚至是极端微生物的灭绝。 这并不意味着一个人是一个真正的邪恶，它仅表示我们作为一个物种，需要了解围绕我们的一切事物的相互联系。 例如，莫诺湖对许多人来说都是危险的栖息地，但是，它却是25种不同物种的约200万只鸟类的筑巢地。 这些鸟类以碱性蝇和甲壳纲湖为食，它们以单细胞藻类为食。 如果这些藻类不再存在会怎样？ 遗憾的是，答案非常明显。 进度机器无法停止，但是可以通过监视那些没有坐在其中的人来更精确和负责任地对其进行控制。



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