Удивительная бактерия из канадского озера проливает новый свет на древний фотосинтез

Удивительная бактерия из канадского озера проливает новый свет на древний фотосинтез
Удивительная бактерия из канадского озера проливает новый свет на древний фотосинтез |  Новости Ватерлоо

Клетка хлорспирали под микроскопом. Предоставлено: Университет Ватерлоо.

Иногда эксперимент идет не так, как планировалось. Это наука. Но «неудачный» эксперимент или неожиданные результаты могут стать путем к открытию, которого вы никогда не могли предвидеть. Университет Ватерлоо, доктор философии. У студента Джексона Цудзи был образец плохо растущей бактерии, от которого он не был готов отказаться, что в конечном итоге привело к уникальному открытию, которое могло изменить взгляды ученых на фотосинтез и его происхождение.


В 2015 году Цудзи присоединился к лаборатории профессора и руководителя университетских исследований Джоша Нойфельда, чтобы охотиться за необычными фотосинтезирующими бактериями в северных канадских озерах. Основываясь на гипотезе профессора наук о Земле и окружающей среде Шерри Шифф о том, что эти озера могут содержать бактерии, аналогичные бактериям на ранней Земле, Нойфельд, Цуджи и студентка кооператива Николетт Шоу приступили к изучению озера 227 в районе экспериментальных озер IISD недалеко от Кеноры. , Онтарио.

К сожалению, за первые два года отбора проб и обработки озер команда добилась неоднозначных результатов. Им не удалось вырастить бактерии, которые они искали, даже после того, как сотни инкубаций озерной воды в стеклянных бутылках подверглись воздействию света.

Команда вернулась к чертежной доске, но Цудзи сохранил одну из экспериментальных бутылок из озера 227, потому что, хотя образец вел себя не так, как ожидала команда, происходило что-то, что его интересовало.

«Через три месяца мы увидели признаки того, что железо в бутылке начало окисляться, хотя наша основная целевая бактерия в бутылке не присутствовала, что было интересно», — говорит Цудзи. «Мы изо всех сил старались, чтобы культура продолжалась как побочный проект, и в течение почти года мы хранили некоторые образцы культур в задней части инкубатора, а некоторые — в холодильнике в качестве запасного варианта».

Анализы ДНК, проведенные командой, показали, что в бутылке растет весьма необычная бактерия, лишь отдаленно связанная с бактериями, которые ранее выращивались в лаборатории. По этой причине Цудзи взял образцы этой культуры во время исследовательской поездки в Японию в 2018 году в Лабораторию фотосинтетического микробного консорциума.

Исследователи из лаборатории фотосинтетического микробного консорциума имели опыт выращивания ближайших известных фотосинтетических родственников странной бактерии в бутылке Цудзи, и через два месяца Цудзи и исследовательская группа убедили бактерию в бутылке хорошо расти. Они также изучили его геном и обнаружили нечто удивительное, чего не ожидали.

«Некоторые основные гены фотосинтеза, которые мы ожидали увидеть, отсутствовали, но в их отсутствие существовала совершенно новая клада белка фотосинтетического реакционного центра», — говорит Цудзи. «Я помню, как почетный профессор лаборатории Кейзо Симада поздравлял меня с открытием того, что, как мы теперь считаем, является новой ветвью фотосинтетической жизни и ключевой частью загадки, позволяющей разгадать, как фотосинтез развился на Земле. Это было сюрреалистично».

После поездки Цудзи вернулся в Ватерлоо, чтобы защитить докторскую диссертацию. и углубимся в то, что может означать это открытие.

«Этот прорыв бросил вызов современным научным знаниям о том, как возник фотосинтез, и объяснил некоторые «почему», которые мы не могли объяснить раньше. Тем не менее, он также создал больше вопросов, чем ответов — и я был рад исследовать больше», — говорит Цудзи.

Когда Цудзи защитил докторскую диссертацию, Нойфельд передал ему образцы, чтобы он мог продолжить свою работу в качестве постдокторанта в Университете Хоккайдо в Японии.

«Это проект Джексона, и я хочу, чтобы он возглавил следующие шаги», — говорит Нойфельд. «Его настойчивость привела к неожиданному открытию, которое может изменить взгляды на происхождение фотосинтетической жизни, включая растения и водоросли. Это захватывающее время для исследований фотосинтеза, и теперь, когда наша статья опубликована, я с нетерпением жду, что будет дальше». для этой новой темы исследования в лаборатории Джексона».

Постдокторская работа Цудзи в Университете Хоккайдо с профессором Манабу Фукуи и доцентом Томохиро Ватанабэ позволила команде собрать ключевые данные, необходимые для подтверждения и публикации их первоначальных открытий, кульминацией которых стала статья под названием «Аноксигенный фототроф хлорофлексоты использует Реакционный центр типа I», опубликованный сейчас в Природа.

Теперь, будучи молодым научным сотрудником Японского агентства по морским наукам и технологиям, Цудзи продолжает свои исследования, чтобы ответить на все вопросы, которые ставит эта бактерия, и на все, что она означает для того, как ученые смотрят на историю фотосинтеза. В настоящее время он исследует, как бактерия собирает свет и преобразует питательные вещества в окружающей среде, чтобы заново понять, какой могла быть фотосинтетическая жизнь на ранней Земле.

«Наши первоначальные данные о метаболизме этой бактерии и ее фотосинтетическом аппарате позволяют предположить, что эта бактерия подобна «живому ископаемому» — организму, который сохранил черты, подобные чертам древней жизни», — говорит Цудзи. «В предстоящие годы мы хотим узнать больше об удивительных характеристиках этой бактерии, чтобы получить новое представление о том, как фотосинтез стал работать так, как он работает сегодня, и как этот процесс изменил Землю на протяжении всей ее истории».

Больше информации:
Дж. М. Цуджи и др., Аноксигенный фототроф Chloroflexota использует реакционный центр типа I, Природа (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07180-y

Предоставлено Университетом Ватерлоо.

Цитирование: Удивительная бактерия из канадского озера проливает новый свет на древний фотосинтез (13 марта 2024 г.), получено 13 марта 2024 г. с https://phys.org/news/2024-03-bacterium-canadian-lake-ancient-photosynthesis.html.

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любых добросовестных сделок в целях частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержимое предоставлено исключительно в информационных целях.

Поделиться в соцсетях