В геотермальном ручье на севере Калифорнии нашли амёбу, которой хорошо при температуре горячего водопровода.[1] Она питается, двигается и делится при 63 °C.[1] Это новый рекорд для эукариот, то есть организмов с ядром и другими сложными структурами внутри клетки.[1] Рецензируемая работа вышла 22 сентября в журнале Cell.[1][2]
Не выжила, а размножилась
Пережить короткий нагрев — не то же самое, что двигаться, питаться и тем более делиться. Авторы работы проверяли эти границы отдельно.[1]
Новый вид назвали Incendiamoeba cascadensis, примерно «огненная амёба из Каскадных гор».[1] Её выделили из воды, биоплёнки и донных отложений в небольшом притоке Хот-Спрингс-Крик в национальном парке Лассен-Волканик.[1] С 2023 по 2025 год амёбу обнаруживали в 14 из 20 точек, где вода имела температуру от 49 до 65 °C и почти нейтральный pH.[1]
В лаборатории культуру выращивали при 17 температурах от 30 до 64 °C.[1] Для каждой температуры использовали четыре колбы и семь дней считали клетки.[1] Амёба начинала размножаться примерно при 42 °C, лучше всего росла при 55–57 °C и ещё делилась при 63 °C.[1] При 64 °C прироста уже не было.[1]
Одних подсчётов исследователям было мало. Они окрасили ДНК и микротрубочки, затем увидели под микроскопом клетки на разных стадиях митоза после семи дней при 63 °C.[1] Значит, клетки при 63 °C не просто шевелились и сохраняли форму: они действительно делились.
Прежним ориентиром для роста эукариот считали 60 °C.[1] К этой отметке подбирались некоторые грибы и красные водоросли, а прежний рекорд среди амёб составлял 57 °C.[1] Три градуса выглядят скромно, но сломалась сама граница. Клетка с ядром, мембранами и внутренним транспортом оказалась жизнеспособнее, чем предполагали по прежним наблюдениям.[1][3]
При перегреве амёба сворачивается
Incendiamoeba не остаётся одинаковой. Она переходит между вытянутой, почти червеобразной формой и более компактной формой с ложноножками.[1] В районе 57 °C клетка двигалась быстрее всего, в среднем со скоростью 14,5 микрометра в минуту.[1] Активное движение исследователи фиксировали вплоть до 64 °C.[1]
После 64 °C картина меняется. Клетки перестают делиться, округляются и обзаводятся защитной оболочкой — превращаются в цисты.[1] Исследователи подержали их пять минут при 70 °C, а затем снизили температуру до 60 °C.[1] Амёбы снова пришли в движение. После 80 °C этого уже не произошло.[1]
Так что 70 °C — температура выживания, а не обычной жизни. В этот момент амёба не ест и не размножается, а пережидает жару в цисте.[1] Рекорд относится именно к делению при 63 °C.[1]
Чем амёба питается в горячем ручье
Сам жар энергии не даёт. В меню Incendiamoeba входят бактерии, которым тоже подходит геотермальная вода.[1] Под микроскопом амёба хватает длинную бактерию, сгибает её и утягивает внутрь клетки.[1] Одной из самых заметных бактерий в образцах был Meiothermus ruber. Он способен расти при температуре до 70 °C.[1]
Возможно, поэтому амёбу так долго не удавалось вырастить. Обычно в лаборатории ей предлагают один привычный вид бактерий.[1] Здесь исследователи добавили в пробу пшеничное зерно и дали разрастись местным бактериям.[1] Появилось больше еды — показался и хищник.
По форме и происхождению новый вид оказался близок к Vermamoeba vermiformis, которую находят, в частности, в водонагревателях.[1] Но родственница перестаёт расти примерно при 40–45 °C.[1] Генетическое различие и необычная физиология оказались достаточно велики, чтобы авторы предложили не только новый вид, но и новый род Incendiamoeba.[1]
Следы этой линии могут быть распространены шире одного калифорнийского ручья. Исследователи просмотрели 31 093 открытых набора метагеномных данных.[1] Идентичную последовательность гена 18S рРНК нашли в геотермальном микробном мате в Новой Зеландии, а родственные последовательности — в Йеллоустоне.[1] Это ещё не доказывает, что там живёт тот же вид с тем же температурным пределом. Зато подсказывает, где искать следующих кандидатов на рекорд.
Как клетка не «сваривает» собственные белки
Жара мешает клетке сразу по нескольким направлениям. Белки теряют рабочую форму и слипаются, мембраны становятся слишком текучими, повреждения ДНК накапливаются быстрее.[1] У эукариота деталей больше: ядро, митохондрии, мембранные отсеки.[1] Всё это должно продолжать работать и в горячей воде.
Геном Incendiamoeba дал несколько подсказок. У амёбы расширены группы генов, связанные с белками теплового шока, удалением повреждённых белков, клеточной сигнализацией и ремонтом ДНК.[1] При сравнении культур, выращенных при 48 и 61 °C, активнее работали системы контроля качества белков, починки ДНК и мембранного транспорта.[1]
Учёные также рассчитали свойства поверхности белков. У жаростойкой амёбы оказалось больше положительно заряженных аминокислотных остатков.[1] Похожая особенность встречается у некоторых теплолюбивых бактерий и архей и может мешать белкам разворачиваться или слипаться при нагреве.[1]
Но это пока набор кандидатов, а не готовая инструкция по жаростойкости. Амёбу ещё нельзя удобно редактировать генетически, поэтому проверить роль отдельных генов прямым экспериментом не получилось.[1] Геном собран не до уровня отдельных хромосом, многие уникальные гены не имеют понятной функции, а температура плавления белков рассчитана, но не измерена.[1] Экспрессию генов сравнили только при 48 и 61 °C.[1] Для выводов о полном ответе клетки на нагрев двух точек мало.
Независимый биолог Дебашиш Бхаттачарья обратил внимание ещё на одну странность.[3] У некоторых экстремофилов геном со временем становится компактнее, а у Incendiamoeba он, напротив, крупнее, чем у близких видов.[3] По его словам, превратить необычный организм в полезную технологию удаётся редко, хотя такие находки иногда дают неожиданные инструменты.[3]
Где искать следующего рекордсмена
Открытие не означает, что сложная жизнь обязательно существует в ещё более горячих местах. Пока вывод проще: 60 °C были не физическим потолком, а последней отметкой, до которой добрались в прежних опытах.[1]
У Incendiamoeba уже есть соседи по геотермальным данным, а сама работа охватила лишь один небольшой ручей и одну выращенную линию.[1] Следующий рекордсмен может ждать в другом источнике, где раньше искали в основном бактерий и архей. После этой работы движущуюся клетку в воде при 64 °C уже не спишешь на помеху под микроскопом.