Bij 63°C Laten we Toeba Cascadensis in brand steken het doet iets waarvan nog nooit is waargenomen dat het een eukaryoot doet: het deelt zich. Bij 64°C blijft het bewegen. Door hoger te gaan, kan het zelfs een korte blootstelling aan 70°C overwinnen, in een slapende vorm terechtkomen en weer actief worden als de temperatuur daalt.
De amoebe werd geïsoleerd in de geothermische wateren van Lassen Volcanic National Park, in het noorden van Californië, en beschreven in de studie gepubliceerd in Cel. Het resultaat brengt de maximaal bekende grens waarbinnen een eukaryotisch organisme zich kan voortplanten van 60 naar 63°C. Drie graden lijkt weinig, zolang membranen, eiwitten en DNA het maar moeten verdragen.
Opgemerkt moet worden dat de amoebe geen dier is. Het is een eencellig organisme dat tot de Amoebozoa behoort, maar het heeft een fundamenteel kenmerk gemeen met dieren, planten en schimmels: het is een eukaryoot en heeft daarom een kern en cellulaire structuren die worden begrensd door membranen. Juist deze grotere complexiteit maakt hitte tot een serieus probleem: hoge temperaturen kunnen membranen destabiliseren, eiwitten vervormen en genetisch materiaal beschadigen.
Van een kokende stroom naar een record van 63°C
De ontdekking kwam tijdens het onderzoek van de groep onder leiding van Angela Oliverio van de Universiteit van Syracuse. De wetenschappers bemonsterden verschillende geothermische omgevingen in Lassen toen ze het organisme terugvonden in een kleine warme stroom, beslist minder spectaculair dan de grote zure poelen waar het park bekend om staat.
Zelfs de uitrusting kende momenten van pragmatisme: zoals de Universiteit van Syracuse meldt, gebruikte de groep zelfs barbecuetangen om een van de smalste punten van de stroom te bereiken. De grens van de celbiologie gaat zo nu en dan ook over de keukenafdeling.
Eenmaal in het laboratorium gekweekt, bleef de amoebe groeien naarmate de temperatuur geleidelijk steeg. Bij 63°C observeerden de onderzoekers direct de mitose, waarbij ze de celdeling ook documenteerden via microscopietechnieken. Bij 64°C kon het organisme nog bewegen.
Boven die drempel stopt het met reproduceren. Volgens gegevens samengevat door NASA kan het enige activiteit behouden tot ongeveer 66°C en herstellen na een blootstelling van vijf minuten aan 70°C. Bij die temperaturen vormt het een cyste, een slapende structuur waardoor het kan wachten op minder vijandige omstandigheden. Bij 80°C kon het zich in de experimenten niet meer herstellen.
Het is een belangrijk onderscheid: het record betreft het vermogen om zich voort te planten bij 63°C, en niet simpelweg om een paar minuten te overleven bij hogere temperaturen.
Hoe “kookt” het niet
Het team heeft het genoom van Laten we Toeba Cascadensis in brand steken en vergeleek zijn reactie op hitte met die van andere amoeben. Er zijn verschillende aanwijzingen naar voren gekomen, zonder alles tot één enkel “hitte-gen” te reduceren.
Genen die verband houden met proteostase, dat wil zeggen de systemen die eiwitten in de juiste vorm houden, de stabiliteit van het genoom en het vermogen om de omgeving waar te nemen, zijn met name vertegenwoordigd in het genoom. Wanneer de temperatuur stijgt, worden sommige mechanismen die betrokken zijn bij DNA-reparatie, eiwitonderhoud en celmembraantransport ook actiever.
Dan is er nog een kenmerk van eiwitten dat de aandacht van onderzoekers heeft getrokken. Velen hebben een grotere hoeveelheid positief geladen resten op het oppervlak, een eigenschap die ook wordt waargenomen bij bacteriën en archaea die zijn aangepast aan zeer hoge temperaturen. De auteurs veronderstellen dat het kan helpen eiwitten stabiel te houden door door hitte veroorzaakte misvouwing en aggregatie te beperken.
Interessante overeenkomsten, vooral omdat bacteriën, archaea en eukaryoten tot zeer verschillende takken van de levensboom behoren: geconfronteerd met hetzelfde thermische probleem, heeft de evolutie wellicht enkele vergelijkbare biochemische oplossingen gevonden.
Bacteriën doen het veel slechter, maar het record van de amoebe telt
Op het eerste gezicht verbleekt 63°C in vergelijking met bepaalde extremofiele micro-organismen. Bacteriën en vooral archaea kunnen bij veel hogere temperaturen leven: sommige bereiken temperaturen boven de 100°C. De vergelijking brengt echter cellen samen die op totaal verschillende manieren zijn geconstrueerd.
Eukaryoten moeten een functionerende kern, interne membranen en talrijke organellen behouden. Decennia lang was het niemand gelukt hun voortplanting boven de 60°C te documenteren. Laten we Toeba Cascadensis in brand steken verschuift die grens en suggereert dat in ieder geval sommige microscopische eukaryoten veel resistenter kunnen zijn dan eerdere waarnemingen aangaven.
Het werk omvat ook astrobiologie. Het kennen van de grenzen van temperatuur, zuurgraad, druk en waterbeschikbaarheid waarbinnen een cel kan functioneren, dient om de omgevingen af te bakenen waarin naar leven buiten de aarde kan worden gezocht. De onderzoekers zelf dringen echter aan op voorzichtigheid: de hitte alleen verdragen is niet voldoende. De amoebe heeft ook water, zuurstof, geschikte chemische omstandigheden en vooral andere organismen nodig om zich te voeden.
In Lassen inderdaad Laten we Toeba Cascadensis in brand steken het eet bacteriën die zelf zijn aangepast aan hoge temperaturen. Zijn kleine ecosysteem moet allemaal samenwerken.
Het record blijft dit: celdeling bij 63°C, beweging boven die temperatuur en de mogelijkheid om weer actief te worden na een korte blootstelling aan 70°C. Bij 80°C haalde zelfs de vuuramoebe het echter niet. Drieënzestig leek tot voor kort al te veel.
