صدف های اعماق دریا، مشارکت باکتری ها را برای مقابله با کاهش انرژی شیمیایی تنظیم می کنند

توسط دانشگاه علم و صنعت هنگ کنگ

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور Qian Peiyuan، استاد بخش علوم اقیانوسی در دانشگاه علم و فناوری هنگ کنگ (HKUST)، با همکاری شرکای بین‌المللی، در کشف چگونگی مقابله همزیست‌های شیمیایی شیمیایی در اعماق دریا با تغییرات محیطی پیشرفت کرده‌اند.

یافته‌ها نشان می‌دهند که انعطاف‌پذیری متابولیک در همزیست‌ها، همراه با جمعیت همزیست‌های باکتریایی تنظیم‌شده میزبان، به حفظ ثبات انرژی میزبان کمک می‌کند. این شواهد در محل نشان می‌دهد که چگونه هولوبیونت‌های شیمیایی در تراوش‌های سرد در اعماق دریا در هنگام نوسانات منابع انرژی انعطاف‌پذیر باقی می‌مانند و نقش کلیدی یک استراتژی سازگاری سطحی را در حفظ پایداری اکوسیستم‌های تراوش سرد برجسته می‌کند.

علاوه بر HKUST، این تحقیق شامل آزمایشگاه علوم و مهندسی دریایی جنوبی گوانگدونگ (گوانگژو) (آزمایشگاه دریایی گوانگژو)، دانشگاه اقیانوس چین (OUC)، موسسه اقیانوس شناسی، آکادمی علوم چین (IOCAS) و دانشگاه کلگری در کانادا بود. این نشان دهنده یک نتیجه در چارچوب دو برنامه دهه سازمان ملل، "CliMetS" و "MOCSI" است. این تحقیق اخیرا در مجله Science Advances تحت عنوان «شواهد درجا از سازگاری‌های لایه‌ای بافر یک هولوبیونت صدف شیمیایی در برابر نوسانات سولفید محیطی» منتشر شده است.

در اکوسیستم‌های شیمیایی شیمیایی، مانند دریچه‌های هیدروترمال در اعماق دریا و تراوش‌های متان، سولفید هیدروژن یک منبع انرژی شیمیایی حیاتی برای حمایت از جوامع بیولوژیکی است. با این حال، غلظت آن می تواند به طور قابل توجهی به دلیل فعالیت تکتونیکی، شدت نشت و فرآیندهایی مانند اکسیداسیون بی هوازی متان در رسوبات نوسان داشته باشد. شواهد مستقیمی در مورد چگونگی سازگاری موجودات همزیست در اعماق دریا با چنین محیط‌های پویا و نحوه همکاری میزبان‌ها و همزیست‌ها برای حفظ ثبات سیستم وجود ندارد.

نشت سرد هایما شامل مکان‌های تراوش در مراحل مختلف رشد است که یک "آزمایشگاه طبیعی" را برای مطالعه پاسخ‌های بیولوژیکی به تغییرات محیطی فراهم می‌کند. تیم تحقیقاتی بر روی گونه غالب صدف اعماق دریا (Archivesica marissinica) در نشت سرد هایما و همزیستی های باکتریایی اکسید کننده گوگرد آن متمرکز شد. با ترکیب آزمایش‌های پیوند در محل در اعماق دریا با تثبیت نمونه در محل، تیم تحقیقاتی مطالعات پیوند را در دو مکان HM-3 و HM-2 انجام دادند.

صدف ها از رسوبات بومی خود به قفس های پیوندی که تقریبا 0.5 متر (1.6 فوت) بالاتر از کف دریا قرار داشتند منتقل شدند و از دسترسی آنها به رسوبات غنی از سولفید هیدروژن جلوگیری کرد. این تنظیم کاهش در دسترس بودن سولفید هیدروژن را شبیه‌سازی می‌کند که منجر به کاهش انرژی و جذب مواد مغذی می‌شود: HM-2 نشان‌دهنده محدودیت شدید هیدروژن سولفید است، در حالی که HM-3 نشان‌دهنده محدودیت نسبتا متوسط ​​است.

با ادغام متاژنومیکس، ترانس کریپتومیکس، پروتئومیکس، PCR کمی، هیبریداسیون درجا، میکروسکوپ الکترونی عبوری و پیش‌بینی ساختار پروتئین، تیم تحقیقاتی یک استراتژی سازگاری سطحی را در holobiont روشن کردند که متابولیسم همزیست، تنظیم همزیستی میزبان و انتقال منابع را در بر می‌گیرد.

این مطالعه نشان داد که کاهش در دسترس بودن سولفید هیدروژن ابتدا باعث برنامه ریزی مجدد متابولیک مشخص در همزیستی های باکتریایی شد. آنالیزهای ترانس کریپتومیک و پروتئومیک نشان داد که مسیرهای درگیر در اکسیداسیون سولفید، از جمله dsrAB، aprAB و sat، سرکوب شدند، در حالی که خوشه ژن soxXYZ مرتبط با اکسیداسیون تیوسولفات تنظیم مثبت شد.

این نتایج نشان می‌دهد که وقتی سولفید هیدروژن محدود می‌شود، همزیست‌های باکتریایی می‌توانند استراتژی‌های اکسیداسیون گوگرد خود را تنظیم کنند و به طور بالقوه ظرفیت خود را برای استفاده از تیوسولفات افزایش دهند، در نتیجه متابولیسم انرژی و تثبیت کربن را حفظ کنند. این شکل پذیری متابولیک ممکن است نشان دهنده اولین خط دفاعی هولوبیونت در برابر محدودیت کوتاه مدت سولفید هیدروژن باشد.

این مطالعه بیشتر نشان داد که تنظیم میزبان همزیست ها با شدت محدودیت سولفید هیدروژن تغییر می کند. تحت محدودیت نسبتا متوسط ​​سولفید هیدروژن در HM-3، فراوانی همزیست‌های باکتریایی ثابت باقی ماند.

در همین حال، مسیرهای مرتبط با بلوغ آندوزوم و همجوشی اندوزوم-لیزوزوم در میزبان سرکوب شد، که نشان می‌دهد میزبان ممکن است تخریب درون سلولی و گردش همزیست‌های باکتریایی را کاهش دهد تا به حفظ جمعیت همزیست کمک کند. این نشان می دهد که میزبان ترجیحا همزیستی را تحت محدودیت نسبتا متوسط ​​سولفید هیدروژن حفظ می کند.

با این حال، تحت محدودیت شدید سولفید هیدروژن در HM-2، فراوانی همزیست به طور قابل‌توجهی کاهش یافت و میکروسکوپ الکترونی عبوری هضم همزیست‌ها را توسط لیزوزوم‌ها نشان داد. این نشان می دهد که میزبان هایی که با محدودیت های شدید منابع مواجه هستند ممکن است با افزایش گردش مالی همزیست برای دسترسی به مواد مغذی محدود، بقای خود را افزایش دهند.

بافت آبشش Archivesica marissinica همچنین دارای ظرفیت قوی برای متابولیسم گوگرد است و آنزیم های کلیدی مانند تیوسولفات سولفورترانسفراز (TST) را بیان می کند. TST در تبدیل سولفید هیدروژن سمی به تیوسولفات شرکت می کند که سپس توسط همزیست های باکتریایی برای اکسیداسیون گوگرد استفاده می شود.

همراه با دگرگونی مشاهده شده در خوشه ژنی soxXYZ، این یافته ها نشان می دهد که تیوسولفات تولید شده در طول سم زدایی سولفید هیدروژن میزبان ممکن است به عنوان یک بستر انرژی جایگزین برای همزیست ها عمل کند. این یک هم افزایی متابولیکی بالقوه بین سم‌زدایی میزبان و استفاده از همزیست ایجاد می‌کند و بینش جدیدی در مورد چگونگی دستیابی میزبان‌ها و همزیست‌ها به مکمل متابولیک تحت شرایط محدود به منابع ارائه می‌دهد.

علاوه بر این، تیم تحقیقاتی نقش بالقوه هموگلوبین های Archivesica marissinica را در انتقال گاز بررسی کردند. دو زیرواحد هموگلوبین، Hb1 و Hb2، عمدتا در سلول‌های خونی موضعی هستند و به شدت در بافت‌های پا و آبشش بیان می‌شوند. هر دو پیش‌بینی ساختار پروتئین و نتایج اتصال مولکولی نشان داد که کمپلکس هموگلوبین میل اتصال کمی بالاتری را برای هیدروسولفید نسبت به اکسیژن نشان می‌دهد.

این یافته‌ها نشان می‌دهد که کمپلکس هموگلوبین ممکن است واسطه اتصال و انتقال سولفید هیدروژن و اکسیژن باشد و بینش‌های مولکولی جدیدی را در مورد مکانیسم‌های زیربنایی انتقال گاز در صدف‌های vesicomyid ارائه دهد.

کیان، نویسنده همکار این مطالعه، گفت: "در مجموع، ما معتقدیم که Archivesica marissinica و همزیست های آن یک استراتژی سازگاری چندلایه و لایه ای را تشکیل می دهند. این هولبیونت شیمیایی اعماق دریا را قادر می سازد تا عملکرد طبیعی خود را حفظ کند و در عین حال تخصیص منابع را با توجه به شدت استرس محیطی تنظیم کند.

"چارچوب آزمایشی درجا که توسط این تحقیق ایجاد شده است، رویکرد جدیدی را برای بررسی پاسخ‌های مولکولی واقعی موجودات ساکن در محیط‌های شدید اعماق دریا به تغییرات طبیعی محیطی ارائه می‌دهد. همچنین شواهد علمی جدیدی برای درک چگونگی واکنش اکوسیستم‌های تراوش سرد در اعماق دریا به تغییرات محیطی و حفظ عملکردهای اکولوژیکی و تنوع زیستی ارائه می‌دهد."

یی لان و همکاران، شواهد درجا از سازگاری های سطحی بافر یک هولوبیونت صدف شیمیایی شیمیایی در برابر نوسانات سولفید محیطی، Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aed8728

ارائه شده توسط دانشگاه علم و صنعت هنگ کنگ

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →