4 Minutės
Neseniai aprašyta detoksikacijos strategija leidžia giluminiam sliekui klestėti kai kuriose planetos chemiškai priešiškiausiose buveinėse. Chaolun Li vadovaujami mokslininkai iš Kinijos mokslų akademijos Okeanologijos instituto praneša, kad vamzdelinis sliekas Paralvinella hessleri kaupiasi arseną ir tada sujungia jį su sulfidais, kad odos ląstelėse susidarytų mažytės geltonos mineralinės nuosėdos — orpimentas. Tyrimas, publikuotas 2025 m. rugpjūčio 26 d. atvirojo prieigos žurnale PLOS Biology, aprašo mikroskopinius, genetinius ir cheminius tyrimus, atskleidžiančius, kaip ši „nuodą nugalint nuodu“ mechanika leidžia išlikti hidroterminėse angose.
Hidroterminių angų kontekstas ir biologinis iššūkis
Hidroterminės angos yra skilimai vandenyno dugne, iš kurių veržiasi mineralais praturtintos, aukštos temperatūros srovės. Šios čiurkšlės yra pasaulinės reikšmės cheminės energijos židiniai, palaikantys unikalią bakterijų, sliekų, sraigių ir kitų bestuburių ekosistemą. Tačiau angų skysčiai taip pat turi pavojingų junginių, pavyzdžiui, vandenilio sulfido ir ištirpintų metalų, įskaitant arseną. Vakarų Ramiajame vandenyne Paralvinella hessleri užima karščiausias ir cheminėmis medžiagomis intensyviausias zonas, kur aplinkos arsenas gali kauptis slieko audiniuose — kartais viršydamas 1 % kūno masės.
Supratimas, kaip angų gyvūnai toleruoja tokias arsenui ir sulfidams būdingas koncentracijas, padeda atsakyti į platesnius klausimus apie ekstremofilų fiziologiją, cheminį elementų ciklą vandenyno dugne ir evoliucines strategijas, kuriomis organizmai prisitaiko prie toksiškų aplinkų.
Tyrimo metodai ir atradimas
Li ir kolegos sujungė aukštos raiškos elektroninį ir optinį mikroskopavimą su DNR, baltymų ir cheminėmis analizėmis, kad atsektų arseno pasiskirstymą ir cheminę būseną P. hessleri audiniuose. Spektroskopiniai metodai, įskaitant Raman spektroskopiją, buvo būtini geltonųjų ląstelės viduje matytų granulių pobūdžiui nustatyti. Šios sferinės, ryškios granulės pasirodė esanti orpimento (arseno sulfido, As2S3) mineralinės agregacijos.
Kaip vyksta reakcija
Tyrėjai siūlo, kad arsenas, įsisavintas iš angų skysčių, yra įtraukiamas į epidermio ląsteles kaip dalelės arba konjuguotos formos. Ten gausus sulfidas iš aplinkinių angos skysčių — arba galbūt biocheminis sulfidas, tiekiamas iš vidaus — skatina orpimento kristalizaciją. Paversdami ištirpintą ar reaktyvų arseną netirpia mineraline faze, sliekas sumažina elemento biologinį prieinamumą ir akivaizdų toksiškumą.
Pagrindinės išvados ir reikšmė
Intraląstelinio orpimento nuosėdų identifikavimas atskleidžia naują detoksikacijos kelią metazoams. Ankstesni tyrimai dokumentavo padidėjusį arseną kai kuriuose susijusiuose angų žarnuočiuose ir sraigėse; šis darbas rodo, kad mineralizacija į arseno sulfidą gali būti plačiau paplitusi strategija angų faunoje. Mineralinis sequestravimas keičia arseno ciklą angų ekosistemose ir gali paveikti plėšrūnų ir aukų sąveikas, toksiškų elementų ilgalaikį saugojimą biomase bei angų nuosėdų geocheminį žymėjimą.
Bendraautorius Hao Wang apibūdino atradimo vizualinį poveikį: matyti ryškiai geltonus sliekus ROV monitoriuje prieš baltus biofilmus ir tamsią angos uolieną paryškino tiek jų išskirtinį atspalvį, tiek ekstremalią aplinką, kurioje jie gyvena. Komanda taip pat atkreipė dėmesį į įdomią kultūrinę sąsają: orpimentas — istoriškai vartotas kaip auksinis pigmentas viduramžių ir Renesanso mene — netikėtai susijęs su šiuo biologiniu procesu.
Ekspertų įžvalga
Dr. Elena Morales, jūrų biogeochemikė iš Oceanų chemijos instituto (fiktyvus), komentuoja: „Šis tyrimas sujungia ląstelinę biologiją ir geochemiją. Gebėjimas intraceluliariai nusodinti orpimentą ne tik suteikia detoksikacijos kelią, bet ir rodo, kad angų gyvūnai gali aktyviai transformuoti bei stabilizuoti ištirpintas toksines medžiagas. Tai kelia įdomius klausimus apie genetinius kelius, reguliuojančius metalų tvarkymą ekstremofilų organizmuose, ir apie galimas biotechnologines pritaikymas bioremediacijoje.“
Tolesnės kryptys ir technologijos
Tolimesni darbai sieks identifikuoti molekulinius pernešėjus ir fermentus, kurie tarpininkauja arseno įsisavinimui, sulfidų tvarkymui ir mineralų nukleacijai. Pažangus vietinis mėginių ėmimas ROV įrenginiais kartu su vienaląsteliu sekoskaitmeniu ir nanomasto cheminiu vaizdavimu padės išsiaiškinti, ar mineralizacija yra pasyvus procesas, ar biologiniu būdu reguliuojama. Tai taip pat gali turėti praktinių pasekmių biominingui ir inžinerinei bioremediacijai: organizmai, paverčiantys tirpius toksinus stabiliais mineraliniais junginiais, gali įkvėpti naujus metodus užterštų vandenų valymui.
Išvados
Paralvinella hessleri demonstruoja anksčiau neidentifikuotą biologinę strategiją: intraląstelinę arseno mineralizaciją su sulfidais, formuojant orpimentą. Šis mechanizmas sumažina tiesioginį toksiškumą ir leidžia gyvybei išlikti arsenui bei sulfidams turtingose hidroterminėse angose. Atradimas keičia mūsų supratimą apie tai, kaip jūriniai bestuburiai sąveikauja su toksiškais elementais, ir pabrėžia gilumą kaip šaltinį naujoms biocheminėms išeitims ekstremaliems aplinkos iššūkiams spręsti.
Šaltinis: sciencedaily
Komentarai