Bakteria z pustyni zależy od cyklu wody

Naukowcy francuscy odkryli dość szczególną bakterię: bakterię pustynną. Jest ona zdolna do chronienia się przed odwodnieniem poprzez rozmnażanie się, co jest naprawdę wyjątkowe. Poza tym, zdaje się ona uzależniać swój styl życia od cyklu wody, bardzo regularnego w regionach pustynnych.

Na pustyni, organizmy żyjące są skonfrontowane z wrogimi warunkami klimatycznymi i powinny przyjąć strategie ewolucyjne pozwalające na przystosowanie się. Bakterie nie są wyjątkiem od tej reguły. Rzadkość zasobów, a w szczególności zasobów wody, jest przeszkodą, której bakterie imperatywnie powinny przeciwdziałać.

Na pustyniach gorących i suchych, poza bardzo rzadkimi opadami deszczu, woda jest dostępna jedynie pod koniec nocy, w momencie pokazania się rosy, kiedy maleńkie kropelki wody kondensują się na ziarnkach piasku. Ten wystawny okres trwa zaledwie od 2 do 3 godzin i ma miejsce jedynie wtedy, kiedy temperatura powietrza jest niższa niż temperatura piachu, czyli głównie zimą. Otwarte okno, którego nie wolno pominąć.

Liczymy około 1 000 do 10 000 bakterii na jeden gram piasku na pustyni, jak podaje Thierry Heulin z laboratorium ekologii mikrobów ryzosfery i warunków ekstremalnych (Lemire, UMR 6191 BVME, IBEB) z francuskiego centrum CEA.

Na pustyni, różnorodność gatunków bakteryjnych jest bliska różnorodności bakterii w środowiskach umiarkowanych. Natomiast, dla każdego gatunku, populacje są dość słabe z powodu różnych czynników ograniczających, takich jak rzadkość wody. Większość mechanizmów adaptacji do ekstremalnych warunków jest jeszcze nie znana.

Cysta bakteryjna zdolna do podziału

Naukowcy przeprowadzili kampanię badawczą na południu Tunezji, na miejscu upadku meteorytu Tatahouine. Jak wskazuje Thierry Heulin, śledztwo to, w którym on sam uczestniczył, miało na celu identyfikację bakterii odpowiedzialnych za uszkodzenie fragmentów meteorytów, zakopanych w piachu od sześćdziesięciu lat, oraz zrozumienie ich adaptacji do warunków ekstremalnych, a w szczególności do wysuszania. I to właśnie tutaj bakterie z pustyni, Ramilbacter tataouinensis, zostały odkryte.

Ramilbacter tataouinensis, jest bardzo zadziwiająca, ponieważ ma ona cykl komórkowy do dziś nieznany, zawierający postać pałeczki, pozwalającej bakterii się przemieszczać, i postać torbieli, tolerującej wysuszanie.

Liczne bakterie mają również możliwość przyjęcia tych dwóch form, jednej – służącej do ochrony przeciwko odwodnieniu (cysta) i drugiej – służącej do podziału i do rozprzestrzeniania (pałeczka). Ale forma cysty bakterii pustynnej jest również zdolna do dzielenia się wewnątrz swojego ochronnego opakowania i to właśnie po raz pierwszy w historii badacze obserwują cystę bakteryjną mogącą się mnożyć.

Ta oryginalność jest nawet sprzeczna z definicją cysty...

Właściwa dla Ramilbacter tataouinensis, ta szczególna cecha zapewnia jej bardzo wyraźną korzyść w stosunku do innych gatunków, ponieważ w momencie pojawiania się rosy, bakteria ta może się bardzo szybko dzielić, bez konieczności przechodzenia przez etap kiełkowania (trwający od 6 do 12 godzin), aby przekształcić się w pręcik.

Poza tym, jej membrana jest zbudowana z bardzo szczególnego i wydolnego polimeru, ponieważ nie pozwala on na wyciekanie rezerw wody do środowiska zewnętrznego, ale z kolei woda obecna na ziarnkach piasku może przenikać poprzez membranę, do wnętrza  bakterii. Niezwykłe.

Styl życia oparty na cyklu wody

Naukowcy następnie przeprowadzili analizę genomu bakterii z pustyni, co pozwoliło im odkryć, że posiada ona gen kaiC. Gen ten i jego fukcja są znane u bakterii fotosyntetycznych: koduje on ATPase, kontrolującą endogenny rytm dobowy. Proteina ta aktywuje się i dezaktywuje cyklicznie co 24 godziny, zapewniając bakterii rytm oparty na rytmie słońca. Nawet jeśli gen ten został zidentyfikowany u bakterii niefotosyntetycznych, jego dzialanie jest ciągle nieznane.

Naukowcy, których prace zostały opublikowane w naukowym Plos One, wysnuli jednak hipotezę dotyczącą bakterii Ramilbacter tataouinensis.

Jak uważa Thierry Heulin, zamiast przewidywać wschód słońca, gen kaiC może, być może, pozwalać na przewidywanie obecności wody, która, w tych wrogich regionach, pojawia się cyklicznie i w tym samym rytmie co słońce, w postaci rosy, w niektóre dni w roku.

Obecność wody wskazuje, dla bakterii pustynnych, moment odpowiedni do podziału torbieli albo do różnicowania w pręciki, które będą mogły się rozprzestrzeniać.

Te odkrycia wzbogacają wiedzę na temat cyklów życia bakterii oraz ich odporności na ekstremalne warunki. Poza tym, fizyczne mechanizmy walki przeciwko wysuszaniu są szczególnie interesujące dla badań i rozwoju, pod kątem zastosowania przemysłowego.