모노호수에서 발견된 신비한 새로운 유기체, 생명의 역사를 다시 쓸 수도 있다

버클리 과학자들이 새로운 유형의 조류를 발견했습니다. 나누다 다세포 군집을 형성하고 미생물 군집을 호스팅하는 Mono Lake에서는 다세포 유기체의 진화에 대한 새로운 관점을 제공합니다.

시에라 네바다 동부에 있는 모노 호수의 비소와 시안화물이 함유된 바닷물은 극도로 적대적인 환경을 조성합니다. 풍부한 브라인 슈림프와 알칼리 파리의 검은 구름을 제외하면 그곳에 사는 유기체는 거의 없습니다.

이제 연구진은 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스 과학자들이 호수의 얕은 염수에서 숨어 있는 새로운 생물을 발견했는데, 이는 과학자들에게 6억 5천만 년 전 동물의 기원에 대해 말해줄 수 있습니다.

조류의 발견

유기체는 단세포 유기체로, 동물 배아가 형성되는 방식과 유사한 방식으로 분열하여 다세포 군체로 발달할 수 있는 미세한 유기체입니다. 그러나 그것은 동물의 종이 아니라 오히려 모든 동물의 자매 그룹에 속합니다. 동물과 가장 가까운 친척인 유기체는 단세포 생물에서 다세포 생물로 도약하는 데 중요한 모델입니다.

놀랍게도 이 조류는 자신만의 미생물군집을 갖고 있어 단순히 섭취하는 것이 아니라 박테리아와 안정적인 물리적 관계를 형성하는 것으로 알려진 최초의 조류입니다. 따라서 미생물군집을 소유하는 것은 가장 간단한 것으로 알려진 유기체 중 하나입니다.

조류: 진화의 격차를 해소

UC 버클리 분자 및 세포 생물학 교수이자 조류를 모델로 연구하는 하워드 휴즈 의학 연구소(Howard Hughes Medical Institute, HHMI) 연구원인 니콜 킹(Nicole King)은 “조류에 대해서는 알려진 바가 거의 없으며 알려지지 않은 흥미로운 생물학적 현상이 있다”고 말했습니다. 고대 바다의 초기 생명체. “우리는 그들의 생태를 이해해야만 그들에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.”

일반적으로 현미경을 통해서만 볼 수 있는 수생 조류는 종종 미세한 동물, 광합성 조류 또는 박테리아에 초점을 맞추는 수생 생물학자들에 의해 간과되는 경우가 많습니다. 그러나 그들의 생물학과 생활 방식은 동물이 진화하기 전에 바다에 존재했고 결국 동물을 탄생시킨 생물에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 특히 이 종은 인간 미생물군집을 생성한 동물과 박테리아 사이의 상호작용의 기원을 밝힐 수 있습니다.

“동물은 박테리아가 가득한 바다에서 진화했습니다.”라고 King은 말합니다. “생명나무를 생각해보면, 현재 살고 있는 모든 유기체는 진화의 시간을 통해 서로 연결되어 있습니다. 그래서 오늘날 살고 있는 유기체를 연구하면 과거에 일어났던 일을 재구성할 수 있습니다.”

캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 킹과 동료들은 이 유기체에 대해 설명했습니다. 바로이카 모노세라, 호수 이후 – 잡지에 게재된 연구 논문에서 엠비오.

모노 호수에서 바로에카 모노시에라(Barroeca monosierra)라는 새로운 유기체가 발견되었습니다. 이들 유기체의 군체는 많은 동일한 세포(청록색)로 구성되어 있으며, 각 세포에는 물 속에서 스스로 추진할 수 있는 편모(녹색)가 있습니다. 이 카노파겔라이트 군집은 이전에 이 유기체에서 볼 수 없었던 자체 미생물군집(빨간색)을 보유하고 있습니다. 박테리아가 상호작용하는 세포외 기질은 흰색으로 표시됩니다. 저작권: Davis Laundon 및 Pawel Burkhardt, 노르웨이 SARS 센터; 켄트 맥도날드(Kent McDonald)와 니콜 킹(UC Berkeley)

놀라운 발견에서 얻은 통찰

거의 10년 전, 당시 UC 버클리 대학원생이었던 다니엘 리처(Daniel Richer)는 도중에 모은 모노 호수의 물을 플라스크에 담아 시에라 네바다 동부의 하이킹 여행을 마치고 돌아왔습니다. 현미경으로 관찰해 보면 물에는 조류가 가득했습니다. 소금물 새우, 알파리 및 다양한 선충류를 제외하고, 황량한 호수의 물에는 다른 형태의 생명체가 존재하는 것으로 보고된 바가 없습니다.

King은 “그곳은 크고 아름다운 조류 군집으로 가득 차 있었습니다. 즉, 우리가 본 것 중 가장 큰 규모였습니다”라고 말했습니다.

약 100개의 동일한 편모 세포로 이루어진 군체는 속이 빈 공을 형성했으며, 각 개별 세포가 편모를 걷어차면서 회전하고 회전했습니다.

킹 박사는 “이 군집의 흥미로운 점 중 하나는 동물의 발달 초기에 형성되는 속이 빈 세포 공인 배반포와 유사한 모양을 갖고 있다는 것”이라고 말했다. 우리는 그것에 대해 더 배우고 싶었습니다.”

그런데 그 당시 왕은 일이 바빴다. Schwannos의 다른 종여러분이 그들을 부르듯이, 모노 호수 물고기는 몇몇 학생들이 정신을 차리고 색깔을 칠하여 특이한 원형 모양의 염색체를 볼 때까지 냉장고에 정체되어 있었습니다. 놀랍게도 그 사람도 거기에 있었어 DNA 군체 내부는 세포가 없어야 할 빈 공간입니다. 추가 조사 끝에 대학원생 Kylie Huck은 그것이 박테리아라고 판단했습니다.

조류 및 박테리아 연구

“박테리아는 매우 놀라운 일이었습니다. 정말 흥미로웠습니다.”라고 King은 말했습니다.

Haack은 또한 shewan fish가 분비하는 구형 군집 내에서 세포외 기질이라고 불리는 결합 구조를 발견했습니다. 그제서야 Huck과 King은 이것이 슈와노가 먹는 박테리아의 잔해가 아니라, 군체가 배설하는 것을 먹고 사는 박테리아일 수도 있다는 생각을 했습니다.

“박테리아와 안정적인 물리적 상호작용을 하는 조류를 설명한 사람은 아무도 없습니다.”라고 그녀는 말했습니다. “이전 연구에서 우리는 조류가 물에 떠다니는 작은 박테리아 입자에 반응한다는 것을 발견했습니다. [that] “샤와노들은 박테리아를 먹고 있었지만 잠재적인 공생이 될 수 있는 일을 한 사례는 없었습니다. 아니면 이 경우에는 미생물군집입니다.”

향후 연구 및 시사점

King은 생물유전체학의 선구자이자 UC Berkeley의 환경 과학, 정책 및 관리, 지구 및 행성 과학 교수인 Jill Banfield와 협력하여 물과 산호초에서 발견되는 박테리아 유형을 식별했습니다. 생물유전체학(Biogenomics)은 환경 샘플에서 DNA 서열을 분석하여 그곳에 살고 있는 유기체의 게놈을 재구성하는 것을 포함합니다.

Banfield의 연구실에서 Mono Lake의 물에서 미생물을 확인한 후 Haack은 산호초에도 존재하는 미생물을 식별하기 위해 DNA 프로브를 만들었습니다. 킹은 박테리아 그룹이 동일하지 않았기 때문에 일부 박테리아는 산소가 부족한 산호 군집의 구멍 내부에서 다른 박테리아보다 분명히 더 잘 살아남았다고 말했습니다. Huck은 이 박테리아가 우연히 존재하지 않는다고 판단했습니다. 오히려 성장하고 분열하고 있었습니다. 킹은 아마도 그들이 석호의 독성 환경을 탈출하고 있었을 수도 있고, 아니면 산호가 먹기 위해 박테리아를 키우고 있었을 수도 있다고 기대했습니다.

그녀는 이 중 대부분이 추측임을 인정합니다. 향후 실험에서는 박테리아가 조류와 어떻게 상호작용하는지 밝혀야 합니다. 그녀의 연구실의 이전 연구에서는 박테리아가 조류의 짝짓기를 자극하는 최음제 역할을 하며 박테리아가 단세포 조류가 군집을 형성하도록 자극할 수 있다는 사실이 이미 밝혀졌습니다.

그녀에게 있어 모노 호수의 와편모충은 진화 연구를 위한 또 다른 모델 시스템이 될 것입니다. 현재 그녀의 주요 초점인 카리브해 섬 쿠라카오의 바닷물 연못에 사는 와편모충과 북극 수족관의 와편모충과 마찬가지로 남쪽 것. 그러나 Mono Lake에서는 더 많은 샘플을 확보하기 어려울 수 있습니다. 최근 방문에서는 샘플 100개 중 6개만이 이러한 활성 미생물을 함유하고 있었습니다.

King은 “Mono Lake의 미생물 생활 측면에서 해야 할 일이 훨씬 더 많다고 생각합니다. 왜냐하면 Mono Lake는 생태계의 다른 모든 것을 실제로 지원하기 때문입니다.”라고 King은 말했습니다. “나는 흥분된다 을 위한. 모노케라 “진핵생물과 박테리아 사이의 상호작용을 연구하기 위한 새로운 모델입니다. 진화에 관해 우리에게 뭔가를 말해주길 바랍니다. 하지만 그렇지 않더라도 매혹적인 현상이라고 생각합니다.”

참고 자료: K.H. Hake, P.T. 및 K. 맥도날드와 D. 런던과 J. 레예스-리베라와 A. 가르시아 데 라스 바요나스와 C. 펑과 P. Burkhardt, D. J. Richter, J. F. Banfield 및 N. 킹, 2024년 8월 14일. 엠비오.
DOI: 10.1128/mbio.01623-24

이 연구는 휴즈 의학 연구소(Hughes Medical Institute)와 국립과학재단(National Science Foundation)의 지원을 받습니다.