8 دقیقه
یک موجود تکسلولی که در حوضچههای بخارآلود پارک ملی آتشفشانی Lassen کشف شده است، مرزهای تصور دانشمندان دربارهٔ امکانپذیری زندگی پیچیده را بازنویسی کرده است. گونهٔ تازهشرحشدهٔ Incendiamoeba cascadensis در دماهای تا 63 درجهٔ سانتیگراد (145°F) زنده میماند و تقسیم میشود؛ رکوردی جدید برای یوکاریوتها و گسترشی چشمگیر در محدودهٔ دمایی قابل تحمل برای حیات دارای هسته و اندامکها.
یک رکوردشکن: یوکاریوتی که گرما را میپسندد
بیشتر یوکاریوتها — شاخهٔ زیستی که آمیبها، گیاهان، جانوران و قارچها را دربر میگیرد — در دماهای نسبتاً معتدل بهتر عمل میکنند. انسانها و بسیاری از حیوانات در نزدیکی 20–37°C عملکرد مطلوب دارند و برای دههها پژوهشگران بر این باور بودند که سلولهای یوکاریوتی در بالای حدود 60°C قادر به ادامهٔ کار نخواهند بود، زیرا غشاها و اندامکهای درونی پیچیدهٔ آنها در برابر استرس گرمایی شکنندهاند.
Incendiamoeba cascadensis این فرض را به چالش میکشد. این «آمیب آتشین» که توسط تیمی به سرپرستی H. Beryl Rappaport و Angela Oliverio در دانشگاه Syracuse جداسازی شده و در یک پیشچاپ bioRxiv گزارش شده است، تنها از بالای 42°C شروع به رشد میکند — بنابراین یک ترموفیل اجباری محسوب میشود — و رشد بهینهٔ آن در حدود 55–57°C مشاهده شد. پژوهشگران تقسیم سلولی (میوز یا میتوز) را مستقیماً در 58°C و در نقطهٔ عطف 63°C مشاهده کردند؛ فراتر از رکورد پیشین آمیبها که توسط Echinamoeba thermarum در 57°C ثبت شده بود.
از میدان تا بالن: چگونه محققان حدهای حرارتی را آزمودند
Rappaport، Oliverio و همکاران نمونههای آب گرم را در گسترهٔ Lassen بین سالهای 2023 تا 2025 جمعآوری کردند و آمیب را از 14 سایت از مجموع 20 سایت نمونهبرداریشده بازیابی نمودند. در آزمایشگاه، نمونهها را در چندین بالن کشت دادند و دانهٔ گندم (wheatberry) افزودند تا باکتریزیستی تحریک شود و آمیبِ باکتریخوار بتواند از آن تغذیه کند. دما به متغیر کلیدی آزمایشی تبدیل شد: 17 شرایط دمایی از 30 تا 64°C آزمایش شد و در هر دما چهار بالن تکرار انجام گرفت تا پایداری نتایج بررسی شود.
I. cascadensis در زیر 42°C غیرفعال باقی ماند، بین حدود 55 تا 57°C شکوفا شد و حتی در 64°C نیز حرکت داشت. در 66°C شروع به تشکیل کیستهای حفاظتی کرد — سازوکاری برای خواب یا تحمل شرایط نامساعد — و تشکیل کیست همچنین در 25°C نیز مشاهده شد که حد پایین نسبتاً بالایی برای encystment محسوب میشود. حرکت در 70°C متوقف شد، اما نمونهها پس از سرد شدن قابل بازیابی بودند و مرگ غیرقابل بازگشت تنها نزدیک به 80°C دیده شد. این نتایج نشان میدهد که دامنهٔ تحمل حرارتی این یوکاریوت و سازوکارهای بقای آن بسیار گسترده و پیچیده است، و برای درک بومشناسی میکروبی در زیستگاههای ژئوترمال اهمیت دارد.
I. cascadensis در حالت کشیدهشدهٔ کرمیشکل برای حرکت سریعتر (B, E) و در حالت آمیبواری برای تغذیه و کاوش (C, D). (Rappaport et al., bioRxiv, 2025)
ژنوم و راهبردهای بقا: چه چیزی این آمیب را در برابر گرما مقاوم میکند؟
تحلیل ژنومی سرنخهایی ارائه داد. DNA این آمیب مجموعههای گستردهتری از پروتئینهای شوک حرارتی (heat-shock proteins) و چاپِرونها را رمزگذاری میکند — کمککنندههای مولکولی که در شرایط استرس، پروتئینهای دیگر را پایدار نگه میدارند — و علاوه بر آن سازگاریهایی برای نشانگذاری سریع سلولی و مسیرهای پاسخ به گرما مشاهده شده است. این ویژگیهای مولکولی احتمالاً از غشاها و مجموعههای پروتئینی حیاتی در برابر دناتوراسیون در دماهایی که اغلب یوکاریوتها را ناتوان میسازد، محافظت میکنند.
علاوه بر افزایش شمار HSPها، الگوهای احتمالی دیگری که ژنوم نشان میدهد شامل تغییرات در متابولیسم لیپیدی (افزایش اشباعشدگی اسیدهای چرب غشاها یا جابهجایی به لیپیدهای مقاومتر)، وجود آنزیمهای ترموستابل، تولید متابولیتهای سازگار (compatible solutes) مانند پلیآمینها، و تقویت سیستمهای ترمیم پروتئین و DNA است. بهعلاوه، شواهد اولیهٔ ژنومی نشان میدهد که برخی ژنها احتمالاً از طریق انتقال افقیِ ژن (horizontal gene transfer) از میکروبهای ترموفیل باکتریایی یا آرکیایی به دست آمدهاند؛ این امر میتواند یکی از مسیرهای تکاملیِ سریع برای کسب برتری در زیستگاههای داغ باشد.
برخلاف مقاومترین پروکاریوتها — مانند آرکئون Methanopyrus kandleri که در بیش از 100°C روی چشمههای عمقی زنده میماند — یوکاریوتها دارای غشاها و اندامکهای درونی ظریفتری مانند میتوکندری و هسته هستند. کشف یک یوکاریوت که نهتنها گرما را تحمل میکند بلکه به آن نیاز دارد، ما را مجبور به بازنگری در محدودیتهای تکاملی مرتبط با پیچیدگی سلولی میکند و نشان میدهد که پیچیدگی سلولی و مقاومت حرارتی میتوانند همزیستی سازندهای داشته باشند اگر سیستمهای مولکولی پشتیبان توسط انتخاب طبیعی تقویت شوند.
کجاهای دیگر ممکن است این آمیب آتشین زندگی کند؟
توالیهای DNA محیطی (eDNA) تقریباً همسان با I. cascadensis در نمونههایی از پارک ملی Yellowstone و منطقهٔ آتشفشانی Taupō در نیوزیلند شناسایی شدهاند. DNA محیطی خودِ یک موجود کامل نیست، اما این قطعات نشان میدهند که آمیب — یا خویشاوندان نزدیک آن — ممکن است در سامانههای ژئوترمال دیگر نیز گستردهتر از آنچه نمونههای اولیه Lassen نشان میدهند، پراکنده باشند. استفاده از روشهای متاژنومیک و توالییابی 18S rRNA برای یوکاریوتها میتواند کمک کند پراکندگی و تنوع فیلوژنتیکی این گروه از یوکاریوتهای حرارتدوست روشنتر شود.
این توزیع جغرافیایی اهمیت دارد: اگر یوکاریوتهای سازگار با گرما در میان محلهای هیدروترمال روی زمین فراوان باشند، طیف محیطهایی که بهعنوان زیستپذیر برای سلولهای پیچیده در سایر نقاط منظومهٔ شمسی یا در سیارات فراخورشیدی در نظر گرفته میشوند، قابل گسترش خواهد بود. مطالعات زیستمحیطی، نقشهبرداری زیستکرهٔ میکروبی (microbiome mapping) و بررسیهای دیرزمانی میتوانند به درک بهتر نقش این یوکاریوتها در زنجیرههای غذایی میکروبی و پویایی اکوسیستمهای ژئوترمال کمک کنند.
چرا این کشف برای اکولوژی و اخترزیستشناسی اهمیت دارد
پیامدها گستردهاند. از منظر کاربردی، پروتئینها و چاپرونهای یوکاریوتی مقاوم به گرما میتوانند الهامبخش تهیهٔ آنزیمهای صنعتی ترموستابل شوند که در دماهای بالا کارآمدند و فرایندهای زیستفناوری، تولید مواد و صنایع شیمیایی را بهبود بخشند؛ نمونههایی از این نوع آنزیمها در PCR و بیوتکنولوژی صنعتی قبلاً انقلابی ایجاد کردهاند. در اکولوژی، ترموفیلهای اجباری مانند I. cascadensis در شکلدهی به شبکههای غذایی میکروبی در اکوسیستمهای ژئوترمال نقش دارند؛ آنها با چرخهٔ مواد آلی، تعادل جمعیتهای باکتریایی و تعامل با سایر اکستریموفیلها (extremophiles) بر ساختار اکوسیستم تأثیر میگذارند.
برای اخترزیستشناسی، این کشف فرضیات محافظهکارانه دربارهٔ مکانهای احتمالی حیات را به چالش میکشد. بسیاری از مدلهای زیستپذیری فرازمینی دماهای بالا را برای زندگی پیچیده نامناسب میدانستند. اگر سلولهای یوکاریوتی قادر باشند در دماهای بالاتر از 60°C عمل کنند و تقسیم شوند، دامنهٔ محیطهای کاندید برای جستجوی حیات پیچیده در سیارات و قمرها مانند مریخ با تاریخچهٔ آتشفشانی، قمرهای یخی دارای فعالیت هیدروترمال در زیرسطح مانند اروپارو انسلادوس، یا سیارههای فراخورشیدی با نقاط داغ ژئوترمال، باید بازنگری شود. این موضوع میتواند به تغییر استراتژیهای مأموریتهای آینده و ابزارهای نمونهبرداری منجر شود.
دیدگاه کارشناسی
«این یافته محدودهٔ زندگی یوکاریوتی را وسیعتر میکند،» میگوید دکتر Lina Ortega، یک بومشناس میکروبی که در این مطالعه نقش نداشته است. «ما معمولاً فرض میکنیم پیچیدگی با شکنندگی همراه است، اما Incendiamoeba cascadensis نشان میدهد که پیچیدگی سلولی میتواند با حرارت شدید سازگار باشد مشروط بر اینکه سیستمهای مولکولی پشتیبان توسط فرایندهای تکاملی انتخاب شوند. از منظر اخترزیستشناسی، این بدان معناست که باید انواع زیستگاههای سیارهای که مدلسازی و جستجو میکنیم را گسترش دهیم.»
گامهای بعدی و پرسشهای باز
سؤالات مهمی همچنان بیپاسخ ماندهاند. چگونه I. cascadensis ماشینآلات مقاوم به گرما را تکامل داده است — از طریق وراثت عمودی (vertical inheritance)، انتقال افقی ژن، یا ترکیبی از هر دو؟ محدودیتهای انعطافپذیری متابولیک آن کجاست و آیا میتواند سایر شرایط سخت مانند اسیدیتهٔ بالا، فشار زیاد یا کمبود اکسیژن را تحمل کند؟ پاسخ به این پرسشها به نظرسنجیهای بومشناختی بلندمدت، ژنومیک مقایسهای، آزمایشهای آزمایشگاهی برای بررسی پایداری پروتئینها و مطالعات عملکردی در سطح مولکولی نیاز دارد.
تیم Rappaport و Oliverio کار خود را بهصورت یک پیشچاپ در bioRxiv قرار داده است تا بازبینی همتا (peer review) و مطالعات پیآمدی را تشویق کند. اینکه آیا این کشف یک کنجکاوی تکاملی منفرد است یا نشاندهندهٔ وجود گروههای دیگری از یوکاریوتهای «گرمدوست» است، هنوز مشخص نیست؛ اما همین کشف بهتنهایی تفکر علمی را دگرگون کرده است: زندگی پیچیده میتواند در مکانهای بسیار گرمتری نسبت به تصورات گذشته باقی بماند و این مکانها شایستهٔ بررسی دوباره در مطالعات زیستپذیری زمینی و فرازمینی هستند.
منبع: sciencealert
نظرات
داوین
هیجانزدهام ولی محتاط؛ پیشچاپه و ادعاها باید با شواهد محکم پشتیبانی شن، مخصوصا ادعای انتقال افقی ژن، عجله نکنیم
بادراه
اگر واقعی باشه، باید مدلهای زیستپذیری رو بازنویسی کنیم. اما این فقط شروعه، باید متاژنومیک و نمونهبرداری گستردهتر انجام بشه
رضا
من تو سایت ژئوترمال کار کرده بودم، بعضی میکروبها تحمل بالایی داشتن اما تا ۶۳؟ باید ببینیم پروتئینها و ممبرینها چی میگن
تیرفست
این توالی eDNA از یلوستون یعنی آمیب گستردهست یا نمونهها آلوده شدن؟ کلی سوال، کسی تحلیل بیشتری داره؟
دادپالس
وای، واقعا؟ یه آمیب که تو ۶۳ درجه تقسیم میشه؟ دنیا داره ما رو غافلگیر میکنه... اگه درست باشه باید کتابا و دورنماها رو بازنویسی کنن
ارسال نظر