Cientistas de Berkeley descobriram um novo tipo de alga Classificar no Lago Mono que formam colônias multicelulares e hospedam um microbioma, proporcionando novas perspectivas sobre a evolução dos organismos multicelulares.

A água salgada carregada de arsênico e cianeto do Lago Mono, no leste de Sierra Nevada, cria um ambiente extremamente hostil. Com exceção da abundante artémia e das nuvens negras de moscas alcalinas, muito poucos organismos vivem lá.

Agora, pesquisadores de Universidade da Califórnia, Berkeley Os cientistas descobriram uma nova criatura escondida nas águas rasas e salgadas de um lago, que pode contar aos cientistas sobre a origem dos animais há mais de 650 milhões de anos.

Descoberta de algas

Um organismo é um organismo unicelular, um organismo microscópico capaz de se dividir e se desenvolver em colônias multicelulares de maneira semelhante à forma como os embriões animais se formam. No entanto, não é uma espécie de animal, mas sim membro de um grupo irmão de todos os animais. Como parente vivo mais próximo dos animais, o organismo é um modelo crucial para o salto da vida unicelular para a vida multicelular.

Surpreendentemente, estas algas têm o seu próprio microbioma, o que as torna as primeiras algas conhecidas por formar uma relação física estável com as bactérias, em vez de apenas as ingerir. Assim, é um dos organismos conhecidos mais simples a possuir um microbioma.

Algas: preenchendo a lacuna na evolução

“Muito pouco se sabe sobre algas e existem fenômenos biológicos interessantes que são desconhecidos”, disse Nicole King, professora de biologia molecular e celular na UC Berkeley e pesquisadora do Howard Hughes Medical Institute (HHMI) que estuda algas como modelo para início da vida em oceanos antigos. “Só podemos obter informações sobre eles se compreendermos sua ecologia.”

As algas aquáticas, que normalmente só podem ser vistas através de um microscópio, são frequentemente ignoradas pelos biólogos aquáticos, que se concentram em animais microscópicos, algas fotossintéticas ou bactérias. Mas a sua biologia e estilo de vida poderiam fornecer informações sobre as criaturas que existiam nos oceanos antes da evolução dos animais e que eventualmente deram origem aos animais. Esta espécie, em particular, poderia esclarecer a origem das interações entre animais e bactérias que deram origem ao microbioma humano.

“Os animais evoluíram em oceanos cheios de bactérias”, diz King. “Se pensarmos na árvore da vida, todos os organismos que vivem agora estão ligados entre si ao longo do tempo evolutivo. Portanto, se estudarmos os organismos que vivem hoje, podemos reconstruir o que aconteceu no passado.”

King e seus colegas da Universidade da Califórnia, Berkeley, descreveram o organismo – que deram o nome de Baroica Monocera, Depois do lago – em artigo de pesquisa publicado na revista Mbio.

Uma nova espécie de organismo chamada Barroeca monosierra foi descoberta no Lago Mono. As colônias desses organismos são compostas por muitas células idênticas (ciano), cada uma com flagelos (verde) que lhes permitem impulsionar-se na água. Esta colônia de Canofagelite hospeda seu próprio microbioma (vermelho), algo nunca antes visto nesses organismos. A matriz extracelular com a qual as bactérias interagem é mostrada em branco. Direitos autorais: Davis Laundon e Pawel Burkhardt, Centro SARS, Noruega; Kent McDonald e Nicole King, Universidade da Califórnia em Berkeley

Insights de uma descoberta incrível

Há quase dez anos, Daniel Richer, então estudante de pós-graduação da UC Berkeley, voltou de uma caminhada no leste de Sierra Nevada com um frasco de água do Lago Mono que havia coletado ao longo do caminho. Ao microscópio, a água estava cheia de algas. Com exceção da artêmia, moscas-alk e várias espécies de nematóides, poucas outras formas de vida foram relatadas nas águas inóspitas do lago.

“Estava cheio dessas grandes e lindas colônias de algas, quero dizer, foi a maior que já vimos”, disse King.

Colônias do que pareciam ser aproximadamente 100 células idênticas de flagelos formavam uma bola oca que girava e girava à medida que cada célula individual chutava seus flagelos.

“Uma das coisas interessantes sobre essas colônias é que elas têm um formato semelhante ao de um blastocisto – uma bola oca de células que se forma no início do desenvolvimento de um animal”, disse King. Queríamos aprender mais sobre isso.”

Naquela época, porém, o rei estava ocupado com Outras espécies de SchwannosComo você os chama, os peixes do Lago Mono ficaram estagnados na geladeira até que alguns alunos ficaram sóbrios e os coloriram para observar seus cromossomos incomuns de formato circular. Surpreendentemente, ele também estava lá ADN O interior da colônia é oco onde não deveria haver células. Após uma investigação mais aprofundada, a estudante Kylie Huck determinou que era uma bactéria.

Estudo de algas e bactérias

“A bactéria foi uma grande surpresa. Foi realmente interessante”, disse King.

Haack também descobriu estruturas conjuntivas, chamadas matriz extracelular, dentro da colônia esférica secretada pelo peixe shewan. Só então ocorreu a Huck e King que estes poderiam não ser restos de bactérias das quais os schwannos se alimentam, mas sim bactérias que vivem e se alimentam de coisas que a colônia excreta.

“Ninguém jamais descreveu algas que tenham uma interação física estável com bactérias”, disse ela. “Em nossos estudos anteriores, descobrimos que as algas respondem a pequenas partículas bacterianas flutuando na água, ou… [that] “Os shawanos comiam bactérias, mas não houve um caso em que estivessem fazendo algo que pudesse ser uma simbiose potencial. Ou, neste caso, um microbioma”.

Pesquisas e implicações futuras

King colaborou com Jill Banfield, pioneira da biogenômica e professora de ciências ambientais, política e gestão e ciências terrestres e planetárias na UC Berkeley, para identificar os tipos de bactérias encontradas na água e nos recifes de coral. A biogenômica envolve o sequenciamento de DNA em uma amostra ambiental para reconstruir os genomas dos organismos que ali vivem.

Depois que o laboratório de Banfield identificou micróbios nas águas do Lago Mono, Haack criou sondas de DNA para identificar micróbios também presentes nos recifes de coral. Os grupos de bactérias não eram idênticos, disse King, por isso algumas bactérias sobreviveram claramente melhor do que outras dentro da cavidade da colónia de corais privados de oxigénio. Huck decidiu que essas bactérias não estavam ali por acaso; Em vez disso, estava crescendo e se dividindo. Talvez estivessem escapando do ambiente tóxico da lagoa, esperava King, ou talvez os corais estivessem cultivando bactérias para comer.

Ela admite que muito disso é especulação. Experimentos futuros deverão revelar como as bactérias interagem com as algas. Trabalhos anteriores em seu laboratório já mostraram que as bactérias atuam como afrodisíacos para estimular o acasalamento nas algas e que as bactérias são capazes de estimular a formação de colônias de algas unicelulares.

Para ela, os dinoflagelados do Lago Mono se tornarão mais um sistema modelo para estudar a evolução, assim como os dinoflagelados que vivem nas lagoas de água salgada da ilha caribenha de Curaçao – seu principal foco no momento – e os dinoflagelados nos aquários do Ártico. o do sul. No entanto, pode ser difícil obter mais amostras do Lago Mono. Numa visita recente, apenas seis em cada 100 amostras continham estes microrganismos activos.

“Acho que há muito mais a ser feito em termos de vida microbiana no Lago Mono, porque ele realmente sustenta todo o resto do ecossistema”, disse King. “Estou animado com para. Monocera “É um novo modelo para estudar interações entre eucariontes e bactérias. Espero que nos diga algo sobre a evolução. Mas mesmo que não diga, acho que é um fenômeno fascinante.”

Referência: “Uma grande colônia de algas do Lago Mono contém bactérias vivas” por K.H. McDonald e D. Laudon e J. Reyes-Rivera e A. Garcia De Las Bayonas e C. Feng e P. Burkhardt, D. J. Richter, J. F. Banfield e N. Rei, 14 de agosto de 2024. Mbio.
DOI: 10.1128/mbio.01623-24

Este trabalho é apoiado pelo Hughes Medical Institute e pela National Science Foundation.