시러큐스 대학의 생물학자들은 지열 호수의 가혹한 환경에서 미생물 진핵생물이 어떻게 번성하는지 연구하고 있습니다. 지구상에는 약 870만 종의 진핵생물이 있는 것으로 추정됩니다. 진핵생물은 세포 내에 핵과 기타 막으로 둘러싸인 세포소기관이 있는 것이 특징입니다. 사람들은 종종 진핵생물을 동물 및 식물과 연관시키지만, 이러한 형태의 진핵생물은 실제로 진핵생물의 6가지 주요 범주 중 2가지만을 구성합니다.
Oliverio와 Rappaport는 많은 열수 지형이 있는 캘리포니아의 Lassen 화산 국립공원에서 현장 조사를 수행하면서 여름을 보냈습니다. 출처: 시라큐스 대학
진핵 생물 다양성의 상당 부분은 원생 생물이라고 불리는 단세포 미생물로 구성됩니다. 이러한 유기체를 연구함으로써 과학자들은 진핵생물의 풍부한 다양성과 복잡성을 설명하는 진화 경로를 탐색할 수 있습니다. 이러한 연구를 통해 우리는 다세포성의 출현 등 지구상의 동물 생명의 발달에 대해 배울 수 있습니다.
연구자들이 지구 종의 진화 뒤에 있는 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 노력함에 따라 미생물 진핵생물이 지구의 극한 환경에 어떻게 적응하는지에 대한 의문이 남아 있습니다. 이 질문에 대해 더 자세히 조사하기 위해 A&S(예술 과학 대학) 생물학과의 과학자들은 현재 지구상에서 가장 가혹한 환경, 즉 극도로 뜨겁고 산성인 지열 호수에 서식하는 토착 유기체를 연구하고 있습니다.
A&S 생물학자 Angela Oliverio(왼쪽)와 Hannah Rappaport가 캘리포니아주 Lassen 화산 국립공원에 있는 미국 최대의 지열 호수를 방문하고 있습니다. 이미지 출처: 시러큐스 대학교
생물학 조교수 Angela Oliverio가 이끄는 팀은 최근 미국 최대의 지열 호수가 있는 캘리포니아의 Lassen 화산 국립공원에서 돌아왔습니다.
2022년 시라큐스 대학교에서 일을 시작할 올리베리오(Oliverio)는 "호수는 산성 황산염 증기로 가열된 지열 지형으로 매우 뜨겁고(약 52°C/124°F) 산성(약 pH 2)"이라고 말했습니다. "이는 두 가지 이상의 극한 조건(이 경우 고온과 낮은 pH)에 적응하는 유기체인 다극단 호산성균을 연구할 수 있는 매우 독특한 환경을 만듭니다."
그렇다면 그들은 캘리포니아의 온천 호수에서 미생물 진핵 생물을 검색하는 방법을 어떻게 알았습니까? 최근 올리베리오와 올리베리오 연구실 연구원인 한나 라파포트(Hannah Rappaport)는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 공동으로 연구 논문을 게재했다. 본 논문에서 연구팀은 극한 환경에서 미생물 진핵생물 탐색에 관한 이전 연구를 포함하는 데이터베이스를 구축했다. 구체적으로 그들은 유사한 환경 조건에서 여러 연구에서 어떤 진핵생물 계통이 여러 번 발견되었는지 분석했습니다.
Hannah Rappaport가 광학 현미경을 사용하여 촬영한 아메바(배경의 둥근 회색 얼룩)와 홍조류(전경의 흰색 타원형 4개) 이미지. 샘플은 Lassen 화산 국립공원의 지열 호수에서 채취되었습니다. 이미지 출처: 시러큐스 대학교
"우리는 매우 높은 온도의 환경에서 발견되는 경향이 있는 여러 아메바 계통이 있다는 것을 발견했습니다."라고 Oliverio는 말했습니다. "이것은 이러한 균주를 연구하는 것이 진핵 세포가 극도로 높은 온도 환경에서 생명에 적응하는 방법에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다."
캘리포니아 주립대학교 고든 울프 연구소(Gordon Wolfe Laboratory)가 실시한 특별 연구인 올리베리오(Oliverio)에 따르면 치코는 써모모에바(thermomoebae)라고 불리는 아메바 종류가 라센 국립공원의 지열 호수에 풍부하다는 사실을 보여주었습니다. 그러나 현재 이 유기체에 대한 게놈 데이터는 없습니다. 이 생물이 그러한 극한 환경에 어떻게 적응했는지를 결정하면 우주의 어떤 유형의 환경이 생명체에 적합한지에 대한 우리의 이해를 넓힐 수 있습니다.
지난 여름 Oliverio와 Rappaport는 이 특별한 원생생물에 대해 더 자세히 알아보고 다른 새로운 극한친화성 진핵생물을 찾기 위해 Lassen 국립공원을 방문했습니다. 호수 가장자리에서 팀은 1리터짜리 병이 위에 붙어 있는 긴 화가의 대나무 막대를 사용하여 샘플을 수집했습니다. 호수 물이 화씨 100도를 훨씬 넘는다는 점을 고려하면 결코 작은 일이 아닙니다. 그런 다음 병은 시러큐스 대학의 올리베리오 연구실로 다시 배송되었으며, 현재 팀은 게놈 서열 분석을 위해 단일 세포를 분리하고 현미경으로 아메바의 특성을 관찰하고 있습니다.
시러큐스 대학교 연구원 Hannah Rappaport는 샘플을 수집하기 위해 뜨거운 호수에 병을 담갔습니다. 따뜻한 수온과 불안정한 땅 때문에 연구자들은 시료를 채취하는 동안 안전한 거리를 유지해야 합니다. 이미지 출처: 시러큐스 대학교
진핵생물이 극한 환경에 어떻게 적응하는지에 대해서는 아직 많은 것이 알려져 있지 않지만 Oliverio는 이 연구가 현재 지식의 격차를 일부 메우는 데 도움이 되기를 바라고 있습니다.
Hannah Rappaport가 광학 현미경을 사용하여 촬영한 아메바(배경의 둥근 회색 얼룩)와 홍조류(전경의 흰색 타원형 4개) 이미지. 샘플은 Lassen 화산 국립공원의 지열 호수에서 채취되었습니다.
“우리는 이 아메바 형태에 뭔가 특별한 것이 있어 진핵생물 계통에서 지속될 수 있다고 의심하지만 그 메커니즘은 아직 알려지지 않았습니다.”라고 그녀는 말했습니다. "우리 연구에 기초하여, 우리는 박테리아로부터의 수평적 유전자 전달(유기체 간 유전 정보의 이동)과 게놈 가지치기(게놈이 필요하지 않은 유전자를 삭제하는 경우), 그리고 특히 유용한 유전자군의 확장이 원생동물이 극한 환경에서 생존할 수 있는 툴킷을 획득하는 몇 가지 방법일 수 있다는 가설을 세웠습니다."
팀의 게놈 규모 발견은 생명나무 재구성을 위한 중요한 누락 데이터를 제공할 것입니다. "이것은 지구상 생명체의 분포와 진화에 대한 우리의 이해를 더욱 깊게 할 것입니다."