10 Minute
Un organism unicelular descoperit în piscinele aburinde din Lassen Volcanic National Park a rescris ceea ce oamenii de știință considerau posibil pentru viața complexă. Noua specie descrisă, Incendiamoeba cascadensis, prosperă și se divide la temperaturi de până la 63 de grade Celsius (145°F), un record pentru organismele eucariote și o extindere dramatică a limitelor termice pentru formele de viață cu nucleu și organite. Această descoperire influențează înțelegerea adaptărilor moleculare, a ecologiei ecosistemelor geotermale și a modelelor de locuibilitate în astrobiologie.
A record-breaker: a eukaryote that prefers the heat
Majoritatea eucariotelor — domeniul vieții care include amibe, plante, animale și fungi — preferă temperaturi relativ blânde. Oamenii și multe animale funcționează optim în jurul valorilor de 20–37°C, iar timp de decenii cercetătorii au presupus că celulele eucariote ar ceda la temperaturi de peste aproximativ 60°C, deoarece membranele interne complexe și organitele sunt sensibile la stres termic. Această ipoteză era susținută de observații asupra stabilității proteinelor, a fluidității membranei și a capacității organitelor precum mitocondriile de a menține funcțiile bioenergetice la căldură intensă.
Incendiamoeba cascadensis răstoarnă această presupunere. Izolată de o echipă condusă de H. Beryl Rappaport și Angela Oliverio la Universitatea Syracuse și raportată într-un preprint pe bioRxiv, această „amebă de foc” începe să crească abia peste 42°C — ceea ce o clasifică ca un termofil obligatoriu — și prezintă creștere optimă în jurul valorilor de 55–57°C. Cercetătorii au observat direct diviziunea celulară (mitoza) la 58°C și chiar la pragul remarcabil de 63°C, depășind recordul anterior pentru amibe, de 57°C, stabilit de Echinamoeba thermarum. Această capacitate de a se reproduce activ la temperaturi atât de înalte are implicații pentru biologia celulară, adaptare evolutivă și pentru potențiala utilizare biotehnologică a proteinelor termostabile.
Field to flask: how researchers tested extreme limits
Rappaport, Oliverio și colegii lor au colectat mostre de apă fierbinte în diverse locații din parc între 2023 și 2025, recuperând ameba din 14 din cele 20 de situri investigate. În laborator, ei au cultivat probe separate în mai multe flacoane, adăugând boabe de grâu (wheatberry) pentru a stimula creșterea bacteriană, care servea ca hrană pentru ameba bacterivoră. Temperatura a devenit variabila experimentală cheie: au fost testate 17 condiții de temperatură între 30 și 64°C, cu câte patru flacoane replicate pentru fiecare condiție, pentru a asigura robustețea rezultatelor și reproducibilitate statistică.
I. cascadensis a rămas inactivă sub 42°C, a înflorit între aproximativ 55 și 57°C și a continuat să se miște la 64°C. La 66°C a început să formeze chiste protectoare — o strategie de dormanță — iar formarea de chiste a fost observată și la 25°C, un prag inferior neobișnuit de ridicat pentru encistare. Mișcarea celulară înceta la 70°C, însă probele puteau fi reactivate după răcire, iar moartea ireversibilă a fost observată doar în jurul valorii de 80°C. Aceste rezultate indică o fațetă complexă a termotoleranței: nu este doar supraviețuirea pasivă, ci implică adaptări comportamentale (formă vermiformă pentru mobilitate), fiziologice (encistare) și moleculare pentru funcționare la temperaturi ridicate.
I. cascadensis în starea sa alungită, vermiformă, pentru o mișcare mai rapidă (B, E) și în starea amoeboidă pentru hrănire și explorare (C, D). Aceste schimbări de morfologie sunt tipice pentru amibe adaptate la medii dinamice; ele permit alternanța între locomotorie accelerată și o activitate digestivă mai eficientă. (Rappaport et al., bioRxiv, 2025)
Genomics and survival strategies: what makes this amoeba heat-proof?
Analiza genomului a oferit indicii importante. ADN-ul amebeii codifică seturi extinse de proteine de tip heat-shock și chaperone moleculare — ajutoare care stabilizează alte proteine în condiții de stres — plus adaptări pentru semnalizare celulară rapidă și căi de răspuns la căldură. Aceste trăsături moleculare includ variante ale Hsp70 și Hsp90, proteine de membrană cu compoziție lipidică adaptată (posibil cu acizi grași saturati sau lipide ciclopropanate pentru a reduce fluiditatea excesivă) și sisteme antioxidante reactive pentru a limita deteriorarea oxidativă indusă termic.
Aceste caracteristici sugerează mecanisme concertate pentru protejarea membranelor și a complexelor proteice esențiale de denaturare la temperaturi care ar paraliza majoritatea eucariotelor. Mai mult, pot exista modificări ale secvenței proteinelor enzimatice cheie care cresc stabilitatea termică, precum și mecanisme de refolding asistat de chaperone care permit recuperarea funcțională după expuneri scurte la temperaturi extreme. Bioinformatica comparativă indică, de asemenea, posibile împrumuturi genetice (transfer orizontal de gene) de la bacterii sau arhee termofile prezente în aceleași ecosisteme geotermale.
Contrar celor mai rezistente prokariote — de exemplu arheea Methanopyrus kandleri, care supraviețuiește la peste 100°C în izvoarele hidrotermale adânci — eucariotele au membrane interne delicate și organite precum mitocondriile și nucleul. Descoperirea unei eucariote care nu doar tolerează, dar chiar necesită astfel de temperaturi înlătură unele din constrângerile tradiționale ale teoriei evolutive referitoare la complexitatea celulară. Ea impune o reevaluare a modului în care evoluția poate favoriza sisteme moleculare suport care permit menținerea integrității organitelor în condiții termice extreme.
Where else might the fire amoeba live?
Sekvențe de ADN din mediu (eDNA) aproape identice cu cele ale I. cascadensis au apărut în mostre din Yellowstone National Park și din Taupō Volcanic Zone din Noua Zeelandă. ADN-ul ambiental nu reprezintă un organism întreg, dar aceste fragmente sugerează că ameba — sau rude apropiate — ar putea fi mai răspândite în sistemele geotermale la nivel global decât indică probele inițiale din Lassen. Prezența acestor secvențe în regiuni geografic separate susține ipoteza unor linii evolutive dispersate prin ecosisteme hidrotermale sau a unei colonizări repetate facilitate de curenți, păsări sau altă transportare pasivă a biomasei microbiene.
Această distribuție geografică este importantă: dacă eucariote adaptate la căldură există în multiple localități hidrotermale de pe Terra, atunci se extind tipurile de medii considerate potențial locuibile pentru celule complexe și în alte locuri din Sistemul Solar sau dincolo de el. Zonele cu activitate geotermală subterană, izvoare termale superficiale sau chiar ecosisteme hidrotermale submarine pot oferi nișe ecologice pentru eucariote termofile necunoscute încă, ceea ce deschide noi direcții pentru explorare ecologică și pentru detectarea biosignaturilor în misiuni planetare.
Why this matters for ecology and astrobiology
Implicațiile sunt largi și multidisciplinare. Dintr-o perspectivă practică, proteinele și chaperonele eucariote termotolerante pot inspira dezvoltarea de enzime industriale care funcționează la temperaturi ridicate, îmbunătățind procese din biotehnologie, sinteza chimică sau știința materialelor. Enzimele termostabile sunt deja valoroase în industrii precum cea alimentară, farmaceutică sau pentru biocataliză; descoperirea unor versiuni eucariote ar putea oferi proprietăți unice, cum ar fi reglarea post-translațională compatibilă cu eucariotele sau integrarea în platforme celulare eucariote pentru procese industriale la temperaturi înalte.
Din punct de vedere ecologic, termofilele obligate precum I. cascadensis contribuie la structura rețelelor trofice microbiene din ecosistemele geotermale, unde se hrănesc cu bacterii și interacționează cu alți extremofili, inclusiv arhee termofile. Rolul lor de prădători microbieni sau de reciclatori de materie organică poate influența cicluri biogeochimice locale, fluxurile de carbon și stabilitatea comunităților microbiene din sursele termale. În plus, adaptările lor pot servi ca modele pentru înțelegerea coevoluției între eucariote și celelalte domenii ale vieții în condiții extreme.
Pentru astrobiologie, descoperirea provoacă presupuneri conservatoare despre locurile în care viața complexă poate exista. Multe modele de locuibilitate extraterestră exclud temperaturile înalte pentru viața complexă. Dacă celulele eucariote pot funcționa și se pot divide la temperaturi peste 60°C, gama de medii-candidat pentru viața complexă pe lumi precum Marte antică, luni înghețate cu activitate hidrotermală subterană (de ex. Europa, Enceladus) sau exoplanete cu hotspot-uri geotermale ar putea trebui reconsiderată. Acest lucru extinde spectrul de condiții fizico-chimice pe care cercetătorii și planificatorii de misiuni le pot include în strategiile de detectare a biosignaturilor.
Expert Insight
'Această descoperire lărgește plicul pentru viața eucariotă,' spune Dr. Lina Ortega, ecolog microbian neimplicată în studiu. 'Tindem să asociem complexitatea cu fragilitatea, dar Incendiamoeba cascadensis demonstrează că complexitatea celulară poate fi compatibilă cu călduri extreme atunci când evoluția selectează sisteme moleculare suportive. Din perspectivă astrobiologică, asta înseamnă că ar trebui să extindem tipurile de nișe planetare pe care le modelăm și le căutăm.' Comentariile experților evidențiază importanța includerii eucariotelor termofile ca subiecte de studiu în programele de cercetare interdisciplinare care combină genomica, ecologia extremofilă și misiunile de explorare spațială.
Next steps and open questions
Rămân întrebări importante. Cum a evoluat I. cascadensis mașinăria sa stabilă la căldură — prin moștenire verticală, transfer orizontal de gene sau un amestec al ambelor? Care sunt limitele flexibilității sale metabolice și poate tolera și alte extreme, cum ar fi aciditate mare, salinitate ridicată sau presiuni înalte, cum se întâlnesc la izvoarele hidrotermale adânci? Studii ecologice pe termen lung, genomică comparativă și experimente de laborator care investighează stabilitatea proteinelor și dinamica membranelor vor ajuta la răspunsul acestor întrebări și la înțelegerea mecanismelor moleculare subiacente.
Echipa lui Rappaport și Oliverio a postat lucrarea lor ca preprint pe bioRxiv, invitând peer review și studii ulterioare. Următorii pași pot include secvențiere mai completă a genomului, transcriptomică în condiții termice variate pentru a identifica genele exprimate în reacție la căldură, teste funcționale ale chaperonelor și transferul lor heterolog în modele experimentale, precum și cartografiere ecologică a distribuției eDNA la scară globală. Indiferent dacă această descoperire marchează o curiozitate evolutivă izolată sau primul exemplu dintr-o diversitate mai mare de eucariote „fierbinți”, ea obligă deja la o reanaliză științifică: viața complexă poate persista în locuri mult mai calde decât am crezut anterior, iar aceste locuri merită o a doua privire în studiile asupra locuibilității terestre și extraterestre.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu