Anggota tim peneliti yang membantu mengidentifikasi struktur seluler baru. (L – R) Tyler Coale, Kendra Turk -Kubo, Jon Zehr, Esther Wing Kwan Mak
UC Santa Cruz
ADVERTISEMENT
SCROLL TO RESUME CONTENT
Sembunyikan keterangan
Caption beralih
UC Santa Cruz
Sekelompok peneliti telah menang Hadiah Sains Besar Untuk penemuan yang tidak cukup dua dekade dalam pembuatan.
Sudah lama berpikir bahwa hanya mikroba sederhana yang menguasai reaksi konversi kimia yang membantu menciptakan beberapa blok bangunan penting dalam kehidupan. Tetapi para ilmuwan telah menemukan bahwa organisme yang lebih kompleks-alga bersel tunggal dengan nukleus-juga dapat melakukannya, berkat arsitektur seluler yang baru diidentifikasi. Mereka menyebutnya nitroplast.
Suatu hari, nitroplas dapat merevolusi pertanian. “Ini salah satu cawan suci bioteknologi,” kata Jon Zehrahli ekologi mikroba yang sekarang pensiun dari UC Santa Cruz-kemampuan untuk merekayasa pabrik yang dapat merenggut nitrogen dari udara dan menggunakannya untuk tumbuh tanpa polusi, energi, atau pengeluaran yang dibutuhkan pupuk saat ini.
Ini adalah kisah tentang bagaimana sekelompok ilmuwan internasional memecahkan teka -teki mikroskopis yang luar biasa.
Serpihan DNA misterius
Mulai akhir 1990 -an, Zehr dihadapkan dengan teka -teki. Pada kapal pesiar penelitian, saat menguji air laut, ia dan rekan -rekannya terus menemukan fragmen DNA yang sama di laut. Namun, ketika mereka pergi mencari organisme, tidak ada yang pernah berhasil melihatnya.
“Setiap kali kita mendapatkan sampel -sampel ini,” kata Zehr, “kita akan melihat melalui mikroskop dan tidak ada apa -apa di sana.” Namun, DNA ada di mana -mana – di lautan terbuka, di sepanjang pantai, di daerah tropis, dan Kutub Utara. “Kami mengejar organisme ini dari sepotong DNA untuk waktu yang lama.”
DNA juga tampaknya memiliki fungsi khusus dan langka – mengambil gas nitrogen dari lingkungan, yang perlu ditempuh makhluk hidup untuk bertahan hidup, dan mengubahnya menjadi bentuk yang kemudian dapat dibuat menjadi protein dan DNA.
Nitrogen yang dapat digunakan seperti ini cukup langka di lingkungan. “Itu sebabnya kami menambahkannya sebagai pupuk di bidang pertanian,” kata Zehr. “Hal yang sama berlaku di lautan. Ini kekurangan persediaan di wilayah lautan yang luas.”
Salah satu petunjuk pertama dari teka -teki ini adalah menyadari bahwa apa pun yang menghasilkan fragmen DNA ini kehilangan segala macam gen penting. Ada sesuatu yang tidak lengkap tentang hal itu. “Itu memiliki semua lubang atau celah ini,” kata Zehr. (Kesenjangan ini termasuk gen yang bertanggung jawab atas apa yang menyala di bawah mikroskop, karenanya membuatnya tidak terlihat oleh Zehr dan rekan -rekannya.)
Untuk bertahan hidup, dia pikir itu harus mendapatkan bantuan dari bentuk kehidupan lain, “yang akan menjelaskan bagaimana itu bisa hilang begitu banyak gen karena tinggal bersama orang lain yang dapat memberikan hal -hal itu,” katanya.
Zehr benar. Bahwa orang lain ternyata semacam ganggang bersel tunggal yang disebut Braardosphaera Bigelowiyang terlihat seperti bola sepak bola yang remaja.
Berjingkat lebih dekat
Eksperimen lebih lanjut membutuhkan menumbuhkan ganggang yang tampak bola sepak di lab, bersama dengan teman kecilnya yang misterius. Ini adalah tantangan yang luar biasa. Sel -sel terus sekarat. Ahli paleontologi Kyoko Hagino dari Universitas Kochi mencoba selama dua belas tahun sampai dia akhirnya memecahkannya dengan sepupu organisme asli. “Mereka berenang dengan sangat baik,” katanya, “jadi saya sangat bersemangat.”
Terobosan besar ini memungkinkan tim untuk bermitra dengan Lawrence Berkeley National Laboratory untuk menggunakan sinar-X yang dihasilkan oleh akselerator partikel untuk mengintip di dalam bola sepak itu. “Ini seperti melakukan CT scan medis di mana Anda dapat melihat di dalam sel non-destruktif, jadi Anda tidak perlu memotong sel terbuka,” kata Carolyn Larabellseorang ahli biologi sel di UC San Francisco.
Ahli biologi struktural Valentina Madman diserang oleh apa yang dilihatnya. “Di dalam alga saya menemukan sel kecil,” katanya. “Kami tidak bisa melihat alga asli yang tidak memiliki sel kecil di dalamnya.”
Entitas kecil ini – apa yang muncul pada saat itu menjadi sel kecil – adalah sumber yang aneh dari semua DNA misterius di laut. “Ini berarti bahwa kedua organisme itu benar -benar hidup bersama,” kata Loconte.
Dan ketika dia kemudian melihat bagaimana dua sel yang jelas – si kecil di dalam yang besar – dibagi, mereka disinkronkan. Ini meningkatkan kemungkinan yang menggiurkan: bagaimana jika entitas kecil itu bukan miliknya sendiri? Bagaimana jika itu adalah bagian dari sel alga yang lebih besar?
Jadi Tyler Coaleseorang ahli biologi fitoplankton di UC Santa Cruz, meneliti pekerjaan dalam keduanya dengan menganalisis protein mereka. Dia segera menyadari bahwa keduanya saling membutuhkan. Dia menemukan gen si kecil yang hilang itu bertempat di sel besar. Dan sel besar menerima nitrogen dari si kecil. Kemampuan konversi nitrogen ini adalah “jenis negara adikuasa ekstra,” kata Kendra Turk-Kuboseorang ahli kelautan mikroba di UC Santa Cruz. “Itu bagian yang sangat penting dari hubungan ini.”
“Dan pada saat itu,” kata Coale, “itu membuat sangat sulit untuk menyebut dua organisme yang berbeda ini jika genom mereka begitu berbaur.”
Sebaliknya, ia dan rekan -rekannya berpendapat, ini adalah satu organisme. Si kecil itu sebenarnya adalah nitroplas – komponen sel alga yang lebih besar.
Saat dua menjadi satu
Sampai penemuan ini, kemampuan untuk mengubah nitrogen dari gas menjadi bentuk yang dapat digunakan – sesuatu yang disebut fiksasi nitrogen – adalah suatu prestasi yang hanya bisa dipikirkan oleh para ilmuwan bakteri dan mikroba sederhana lainnya.
Tapi pandangan itu sekarang telah berubah berkat pekerjaan ini. Sekitar 140 juta tahun yang lalu, bakteri yang hidup bebas yang dapat mengambil semua nitrogen yang diinginkan dari air yang berenang dalam menyatu dengan sel alga kuno.
“Satu sel menelan yang lain,” kata Coale, “dan kemudian tidak mencernanya, melainkan memasukkannya ke dalam tubuhnya sendiri.”
Seiring waktu, bakteri membuang beberapa gennya, ganggang menjadi tergantung pada nitrogen yang diterimanya – sampai akhirnya, masing -masing tidak bisa lagi hidup tanpa yang lain. Keduanya datang untuk saling bergantung secara mendalam, “proses dua spesies menjadi satu,” kata Coale.
Proses ini “sangat penting dalam evolusi kehidupan kompleks di bumi,” katanya. Dengan itu, Coale berarti seperti apa yang memunculkan mitokondria (pembangkit tenaga energi sel) sekitar 1,5 miliar tahun yang lalu dan kloroplas (yang memungkinkan tanaman untuk fotosintesis) sekitar dua miliar tahun yang lalu. “Bagian dari genom mereka dikodekan dalam genom kecil mereka sendiri tetapi juga bagian -bagian penting dikodekan dalam nukleus” dari sel sekitarnya, kata Coale.
Tetapi dalam hal ini, prosesnya mengarah ke nitroplas, dan struktur bertanggung jawab untuk memompa sejumlah besar nitrogen ke samudera global.
“Itu sudah terlihat jelas,” kata mengamati Doug Caponeseorang ahli kelautan biologis di University of Southern California yang tidak terlibat dengan penemuan itu. Tetapi untuk mendapatkan detail yang akhirnya membuat lompatan iman-wow, itu sangat keren. “Dalam pandangannya, nitroplas telah memberikan sel alga” perjalanan bebas “di perairan miskin nutrisi.
Suatu hari, Capone mengatakan nitroplas dapat diperkenalkan ke tanaman untuk memungkinkan mereka mengubah nitrogen mereka sendiri tanpa mengandalkan pupuk eksternal. “Ini menyediakan sistem model,” katanya, “untuk bagaimana seseorang dapat mengintegrasikan nitroplas ke dalam tanaman yang penting secara pertanian.”
Visi itu masih jauh. “Saya pikir pandangan yang realistis,” kata Coale, “adalah bahwa itu akan membutuhkan penelitian selama ratusan, jika tidak ribuan ilmuwan yang bekerja pada berbagai aspek masalah ini bahkan membuatnya menjadi kemungkinan.”
Namun, untuk saat ini, tim ini fokus pada rangkaian pertanyaan penelitian berikutnya, yang akan membutuhkan semangat kolaboratif yang sama yang mengarah pada penemuan besar mereka – semacam keterkaitan yang saling tergantung.
“Tim kami,” kata Turk-Kubo, “bersama-sama, kami juga lebih baik dari bagian pribadi kami, seperti halnya organisme ini.”
RakyatPos.ID Network
