Un nuevo y misterioso organismo descubierto en Mono Lake puede reescribir la historia de la vida

Los científicos de Berkeley han descubierto un nuevo tipo de alga Clasificar en Mono Lake que forman colonias multicelulares y albergan un microbioma, proporcionando nuevas perspectivas sobre la evolución de los organismos multicelulares.

El agua salada cargada de arsénico y cianuro del lago Mono en el este de Sierra Nevada crea un ambiente extremadamente hostil. A excepción de abundantes artemias y nubes negras de moscas alcalinas, muy pocos organismos viven allí.

Ahora, investigadores de Universidad de California, Berkeley Los científicos han descubierto una nueva criatura que acecha en las aguas poco profundas y saladas de un lago, que puede informarles sobre los orígenes de los animales hace más de 650 millones de años.

Descubrimiento de algas

Un organismo es un organismo unicelular, un organismo microscópico capaz de dividirse y desarrollarse en colonias multicelulares de manera similar a como se forman los embriones animales. Sin embargo, no es una especie de animal, sino más bien un miembro de un grupo hermano de todos los animales. Como pariente vivo más cercano de los animales, el organismo es un modelo crucial para el salto de la vida unicelular a la multicelular.

Sorprendentemente, estas algas tienen su propio microbioma, lo que las convierte en las primeras algas que se sabe que forman una relación física estable con las bacterias, en lugar de simplemente ingerirlas. Por tanto, es uno de los organismos más simples conocidos que posee un microbioma.

Algas: cerrando la brecha en la evolución

«Se sabe muy poco sobre las algas y hay fenómenos biológicos interesantes que se desconocen», dijo Nicole King, profesora de biología molecular y celular en UC Berkeley e investigadora del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) que estudia las algas como modelo para Vida temprana en océanos antiguos. «Sólo podremos conocerlos mejor si entendemos su ecología».

Los biólogos acuáticos suelen pasar por alto las algas acuáticas, que normalmente sólo pueden verse a través de un microscopio, y se centran en animales microscópicos, algas fotosintéticas o bacterias. Pero su biología y estilo de vida podrían dar una idea de las criaturas que existían en los océanos antes de que los animales evolucionaran y que eventualmente dieran origen a los animales. Esta especie en particular podría arrojar luz sobre el origen de las interacciones entre animales y bacterias que dieron lugar al microbioma humano.

«Los animales han evolucionado en océanos llenos de bacterias», dice King. «Si piensas en el árbol de la vida, todos los organismos que viven ahora están conectados entre sí a través del tiempo evolutivo. Entonces, si estudiamos los organismos que viven hoy, podemos reconstruir lo que sucedió en el pasado».

King y sus colegas de la Universidad de California, Berkeley, describieron el organismo, al que llamaron Baroica Monocera, Después del lago – en un artículo de investigación publicado en la revista Mbio.

En el lago Mono se ha descubierto una nueva especie de organismo llamada Barroeca monosierra. Las colonias de estos organismos están formadas por muchas células idénticas (cian), cada una con flagelos (verde) que les permiten impulsarse a través del agua. Esta colonia de canofagelitas alberga su propio microbioma (rojo), algo nunca antes visto en estos organismos. La matriz extracelular con la que interactúan las bacterias se muestra en blanco. Copyright: Davis Laundon y Pawel Burkhardt, Centro SARS, Noruega; Kent McDonald y Nicole King, UC Berkeley

Ideas de un descubrimiento sorprendente

Hace casi diez años, Daniel Richer, entonces estudiante de posgrado de UC Berkeley, regresó de un viaje de senderismo en el este de Sierra Nevada con un frasco de agua del Lago Mono que había recolectado en el camino. Bajo el microscopio, el agua estaba llena de algas. A excepción de la salmuera, las moscas alk y varias especies de nematodos, se ha informado que existen pocas otras formas de vida en las inhóspitas aguas del lago.

«Estaba lleno de grandes y hermosas colonias de algas; quiero decir, era la más grande que jamás hayamos visto», dijo King.

Colonias de lo que parecían ser aproximadamente 100 células idénticas de flagelos formaron una bola hueca que giraba y giraba cuando cada célula individual pateaba sus flagelos.

«Una de las cosas interesantes de estas colonias es que tienen una forma similar a un blastocisto: una bola hueca de células que se forma temprano en el desarrollo de un animal», dijo King. Queríamos aprender más al respecto”.

En aquel momento, sin embargo, el rey estaba ocupado con Otras especies de SchwannosComo usted los llama, los peces del Lago Mono permanecieron estancados en el refrigerador hasta que algunos estudiantes recuperaron la sobriedad y los colorearon para observar sus inusuales cromosomas de forma circular. Sorprendentemente, él también estuvo allí. ADN El interior de la colonia es hueco donde no debería haber células. Después de una mayor investigación, la estudiante de posgrado Kylie Huck determinó que se trataba de bacterias.

Estudio de algas y bacterias.

«La bacteria fue una gran sorpresa. Fue realmente interesante», dijo King.

Haack también descubrió estructuras conectivas, llamadas matriz extracelular, dentro de la colonia esférica secretada por el pez shewan. Sólo entonces se les ocurrió a Huck y King que estos podrían no ser restos de bacterias de las que se alimentan los schwannos, sino bacterias que viven y se alimentan de cosas que la colonia excreta.

«Nadie ha descrito nunca algas que tengan una interacción física estable con las bacterias», dijo. “En nuestros estudios anteriores, descubrimos que las algas responden a pequeñas partículas bacterianas que flotan en el agua, o… [that] «Los shawano comían bacterias, pero no hubo ningún caso en el que estuvieran haciendo algo que pudiera ser una simbiosis potencial. O en este caso, un microbioma».

Investigaciones futuras e implicaciones.

King colaboró ​​con Jill Banfield, pionera de la biogenómica y profesora de ciencias, políticas y gestión ambientales y de ciencias terrestres y planetarias en UC Berkeley, para identificar los tipos de bacterias que se encuentran en el agua y dentro de los arrecifes de coral. La biogenómica implica secuenciar el ADN de una muestra ambiental para reconstruir los genomas de los organismos que viven allí.

Después de que el laboratorio de Banfield identificara microbios en las aguas del lago Mono, Haack creó sondas de ADN para identificar microbios también presentes en los arrecifes de coral. Los grupos de bacterias no eran idénticos, dijo King, por lo que algunas bacterias claramente sobrevivieron mejor que otras dentro de la cavidad de la colonia de coral privada de oxígeno. Huck decidió que estas bacterias no estaban ahí por casualidad; Más bien, estaba creciendo y dividiéndose. Tal vez estuvieran escapando del ambiente tóxico de la laguna, esperaba King, o tal vez en los corales estuvieran creciendo bacterias para comer.

Ella admite que mucho de esto es especulación. Los experimentos futuros deberían revelar cómo interactúan las bacterias con las algas. Trabajos anteriores en su laboratorio ya han demostrado que las bacterias actúan como afrodisíaco para estimular el apareamiento en las algas, y que las bacterias son capaces de estimular que las algas unicelulares se unan en colonias.

Para ella, los dinoflagelados del lago Mono se convertirán en otro sistema modelo para estudiar la evolución, al igual que los dinoflagelados que viven en los estanques de agua salada de la isla caribeña de Curazao -su principal objetivo en este momento- y los dinoflagelados de los acuarios del Ártico y el del sur. Sin embargo, puede resultar difícil obtener más muestras de Mono Lake. En una visita reciente, sólo seis de 100 muestras contenían estos microorganismos activos.

«Creo que hay mucho más por hacer en términos de vida microbiana en Mono Lake, porque realmente sustenta todo lo demás relacionado con el ecosistema», dijo King. “Estoy emocionado por para. monocera «Es un nuevo modelo para estudiar las interacciones entre eucariotas y bacterias. Espero que nos diga algo sobre la evolución. Pero incluso si no es así, creo que es un fenómeno fascinante».

Referencia: “Una gran colonia de algas del lago Mono contiene bacterias vivas” por K.H. Hake, P.T. McDonald y D. Laundón y J. Reyes Rivera y A. García De Las Bayonas y C. Feng y P. Burkhardt, D. J. Richter, J. F. Banfield y N. Rey, 14 de agosto de 2024. Mbio.
DOI: 10.1128/mbio.01623-24

Este trabajo cuenta con el apoyo del Instituto Médico Hughes y la Fundación Nacional de Ciencias.