Vuonna 2009 biologi Dan Lahr sai eräältä toiselta tutkijalta kiehtovan sähköpostiviestin. Se sisälsi kuvan oudosta organismista. Tutkija oli löytänyt mikrobin tulvaniityltä Keski-Brasiliassa. Sen kellertävänruskeassa kuoressa oli omaleimainen, kolmionmuotoinen muoto.
Muoto muistutti Lahria Taru sormusten herrasta -elokuvissa esiintyvästä velhon hatusta. ”Se on Gandalfin hattu”, hän muistaa ajatelleensa.
Lahr on biologi São Paulon yliopistossa Brasiliassa. Hän tajusi, että yksisoluinen elämänmuoto oli uusi ameebalaji (Uh-MEE-buh). Joillakin ameeboilla on kuori, kuten tälläkin oli. Ne saattavat rakentaa kuorensa itse valmistamistaan molekyyleistä, kuten proteiineista. Toiset taas voivat käyttää ympäristöstään peräisin olevia aineksia, kuten mineraaleja ja kasveja. Toiset ameebat ovat ”alastomia”, eikä niillä ole kuorta. Saadakseen lisää tietoa uudesta löydetystä ameebasta Lahr tarvitsisi lisää näytteitä.
Kaksi vuotta myöhemmin toinen brasilialainen tutkija lähetti hänelle kuvia samasta lajista joesta. Mutta kultasuoneen päästiin vuonna 2015. Silloin kolmas tutkija lähetti hänelle sähköpostia. Tämä tutkija, Jordana Féres, oli kerännyt muutamia satoja kolmionmuotoisia ameeboja. Se riitti hänelle ja Lahrille lajin yksityiskohtaisen tutkimuksen aloittamiseen.
He tutkivat mikrobeja mikroskoopilla. He huomasivat, että ameeba rakensi hattumaisen kuorensa itse valmistamistaan proteiineista ja sokereista. Suuri kysymys on, miksi mikrobi tarvitsee tuon kuoren. Ehkä se suojaa auringon haitallisilta ultraviolettisäteiltä. Lahr nimesi lajin Arcella gandalfi (Ahr-SELL-uh Gan-DAHL-fee).
Lahr epäilee, että monia muitakin ameebalajeja odottaa löytymistään. ”Ihmiset eivät vain etsi”, hän sanoo.
Tutkijat tietävät ameeboista vielä vähän. Useimmat biologit tutkivat organismeja, jotka ovat joko yksinkertaisempia tai monimutkaisempia. Mikrobiologit esimerkiksi keskittyvät usein bakteereihin ja viruksiin. Nämä mikrobit ovat rakenteeltaan yksinkertaisempia ja voivat aiheuttaa sairauksia. Eläintieteilijät tutkivat mieluummin suurempia, tutumpia eläimiä, kuten nisäkkäitä ja matelijoita.
Amoebat on suurelta osin ”jätetty huomiotta”, Richard Payne toteaa. Hän on ympäristötieteilijä Yorkin yliopistossa Englannissa. ”Ne ovat olleet pitkään tavallaan keskellä keskustelua.”
Mutta kun tutkijat kurkistavat näihin omituisiin pieniin organismeihin, he löytävät suuria yllätyksiä. Ameebojen ravinto vaihtelee levistä aivoihin. Jotkut ameebat kantavat bakteereja, jotka suojaavat niitä vahingoittumiselta. Toiset ”viljelevät” bakteereja, joita ne haluavat syödä. Ja taas toiset saattavat vaikuttaa maapallon muuttuvaan ilmastoon.
Mitä ruokalistalla on? Sieniä, matoja, aivoja
Ameboja on kaikkialla, vaikka niitä ei näe. Ne elävät maaperässä, lammikoissa, järvissä, metsissä ja joissa. Jos kauhot metsästä kourallisen multaa, siinä on todennäköisesti satojatuhansia ameeboja.
Mutta nuo ameebat eivät välttämättä ole kaikki läheistä sukua toisilleen. Sana ”ameeba” kuvaa monenlaisia yksisoluisia eliöitä, jotka näyttävät ja käyttäytyvät tietyllä tavalla. Jotkut organismit ovat ameeboja vain osan elämästään. Ne voivat vaihtua edestakaisin ameebamuodon ja jonkin muun muodon välillä.
Bakteerien tavoin ameeboissa on vain yksi solu. Mutta siihen yhtäläisyys loppuu. Ensinnäkin ameebat ovat eukaryoottisia (Yoo-kair-ee-AH-tik). Se tarkoittaa, että niiden DNA on pakattu ytimeksi (NEW-klee-uhs) kutsuttuun rakenteeseen. Bakteereilla ei ole ydintä. Joissakin suhteissa ameebat muistuttavat enemmän ihmisen soluja kuin bakteereja.
Ei myöskään kuorettomia ameeboja, jotka säilyttävät muotonsa, kuten bakteerit. Niiden rakenne muuttuu paljon, Lahr sanoo. Hän kutsuu niitä ”muodonmuuttajiksi.”
Se voi olla kätevää. Ameebat liikkuvat pseudopodioiksi (Soo-doh-POH-dee-uh) kutsuttujen pullistuvien osien avulla. Termi tarkoittaa ”vääriä jalkoja”. Ne ovat solukalvon jatkeita. Ameeba voi kurottautua ja tarttua pseudopodilla johonkin pintaan ja ryömiä sen avulla eteenpäin.
Pseudopodit auttavat ameeboja myös syömään. Venytetty pseudopodi voi nielaista ameeban saaliin. Sen avulla tämä mikrobi voi niellä bakteereja, sienisoluja, leviä – jopa pieniä matoja.
Jotkut ameebat syövät ihmisen soluja aiheuttaen sairauksia. Yleisesti ottaen ameebat eivät aiheuta ihmiselle yhtä paljon sairauksia kuin bakteerit ja virukset. Silti jotkut lajit voivat olla tappavia. Esimerkiksi Entamoeba histolytica (Ehn-tuh-MEE-buh Hiss-toh-LIH-tih-kuh) -niminen laji voi tartuttaa ihmisen suoliston. Sinne päästyään ”ne kirjaimellisesti syövät sinut”, Lahr sanoo. Niiden aiheuttamaan tautiin kuolee vuosittain kymmeniätuhansia ihmisiä, useimmiten alueilla, joilla ei ole puhdasta vettä tai viemäriverkostoa.
Erikoisin ameeban aiheuttama sairaus koskee Naegleria fowleri -lajia (Nay-GLEER-ee-uh FOW-luh-ree). Sen lempinimi on ”aivoja syövä ameeba”. Se tarttuu hyvin harvoin järvissä tai joissa uiviin ihmisiin. Mutta jos se pääsee nenän sisään, se voi kulkeutua aivoihin, jossa se syö aivosoluja. Tämä infektio on yleensä tappava. Hyvät uutiset: Tutkijat tietävät vain 34 yhdysvaltalaista, jotka saivat tartunnan vuosien 2008 ja 2017 välisenä aikana.
Tutkija nimeltä Sebastian Hess löysi hiljattain temput, joita jotkut ameebat käyttävät syödäkseen. Hän tutkii eukaryoottisia mikrobeja Kanadassa Dalhousien yliopistossa. Se sijaitsee Halifaxissa, Nova Scotiassa. Hess on rakastanut pikkuruisten otusten katselua mikroskoopin läpi lapsesta asti.
Kymmenen vuotta sitten Hess puhkaisi jäätyneen lammen jään Saksassa. Hän keräsi vesinäytteen ja vei sen takaisin laboratorioonsa. Mikroskoopin läpi hän näki jotain outoa. Vihreät pallot kiemurtelivat kuin pienet kuplat viherleväsäikeiden sisällä. Hänellä ei ollut ”aavistustakaan”, mitä pallot olivat. Niinpä Hess sekoitti vihreitä palloja sisältävää levää muihin leviin. Heiluvat pallot putosivat levästä ja alkoivat uida. Pian sen jälkeen ne tunkeutuivat muihin leväsäikeisiin.
Hess tajusi, että vihreät pallot olivat mikrobeja, joita kutsutaan ameeboflagellaateiksi (Uh-MEE-buh-FLAH-juh-laytz). Se tarkoittaa, että ne voivat vaihtaa kahden muodon välillä. Toisessa muodossa ne uivat tai liukuvat käyttämällä hännänmuotoisia rakenteita, joita kutsutaan flagelloiksi (Fluh-JEH-luh). Kun uimarit löytävät ravintoa, ne muuttuvat ameeboiksi. Niiden muoto muuttuu vähemmän jäykäksi. Uimisen sijaan ne alkavat nyt ryömiä jotakin pintaa pitkin.
Mikroskoopin läpi Hess seurasi, kuinka yksi näistä ameeboista leikkasi reiän leväsoluun. Ameeba puristui sisään. Sitten se söi levän sisukset. Sen jälkeen ameeba jakautui ja teki itsestään kopioita. Ne olivat niitä kiemurtelevia vihreitä palloja, jotka Hess oli nähnyt aiemmin. Uudet ameebat puhkaisivat lisää reikiä leväsoluun. Jotkut tunkeutuivat leväsäikeen viereiseen soluun. Toiset taas pakenivat. Hess nimesi lajin Viridiraptor invadens (Vih-RIH-dih-rap-ter in-VAY-denz).
Hess löysi samanlaisen lajin suolta. Sekin oli ameeboflagellaatti, mutta se ei ryöminyt levien sisällä. Sen sijaan se leikkasi C:n muotoisen viillon leväsoluun. Hess vertaa tätä ameebaa ”tölkinavaajaksi”. Sitten ameeba nosti ”kannen” ja käytti pseudopodiaan päästäkseen reikään. Se ahmi solusta vetämänsä materiaalin. Hess nimesi tämän lajin Orciraptor agilis (OR-sih-rap-ter Uh-JIH-liss).
Viime aikoina hän löysi vihjeitä siitä, miten nämä kaksi ameeboflagellaa hakkeroivat levää. Molemmat näyttävät saavan apua proteiinista nimeltä aktiini (AK-tin). Ihmisen solut käyttävät samaa proteiinia liikkumiseen.
Amoeboflagellaateissa aktiini muodostaa verkon. Se auttaa solua tekemään pseudopodin. Verkko saattaa myös auttaa pseudopodia tarttumaan leviin. Aktiini voi liittyä mikrobin solukalvon muihin proteiineihin, jotka saattavat kiinnittyä leväsolujen seinämiin. Aktiini voi jopa auttaa ohjaamaan muita proteiineja – entsyymejä – jotka voivat leikata leväsolujen seinämiä.
Hessin ja hänen kollegoidensa tutkimustulokset viittaavat siihen, että nämä yksinkertaisilta tuntuvat ameebat voivat olla paljon kehittyneempiä kuin miltä ne ensin näyttivät. Niitä voisi jopa pitää yksisoluisina insinööreinä. ”Käyttäytymisensä suhteen”, Hess sanoo, ”ne ovat vain superkompleksisia organismeja.”
Bakteerikaverit
Amebojen ja bakteerien suhde on vielä monimutkaisempi.
Debra Brock on biologi Washingtonin yliopistossa St. Louisissa, Mo. Hän tutkii ameebaa nimeltä Dictyostelium discoideum (Dihk-tee-oh-STEE-lee-um Diss-COY-dee-um). Monet kutsuvat niitä yksinkertaisesti Dictyiksi. Nämä maaperässä elävät organismit syövät bakteereja.
Dicty elää yleensä yksin. Mutta kun ravintoa on niukasti, kymmenet tuhannet saattavat yhdistyä ja kasautua kupoliin. Yleensä kupoli muuttuu etanan kaltaiseksi. Tämä etana – oikeastaan tuhansia yksittäisiä ameeboja, jotka liikkuvat yhdessä – ryömii kohti maan pintaa.
Kun se pääsee sinne asti, etana muotoutuu muodoltaan sieneksi. ”Sienen” huipulla olevat ameebat ympäröivät itsensä kovalla kuorella. Tätä päällystettyä muotoa kutsutaan itiöksi. Hyönteiset, madot tai suuremmat eläimet, jotka sivelevät näitä itiöitä, voivat tietämättään kuljettaa niitä uusiin paikkoihin. Myöhemmin itiöt halkeilevat, jolloin karvapeitteen sisällä olevat ameebat voivat lähteä etsimään ravintoa tästä uudesta paikasta.
Jotkut Dicty-lajit tuovat mukanaan bakteereja ravinnokseen. Ne kuljettavat bakteerit sisällään sulattamatta niitä. Se on ”kuin lounasrasia”, Brock selittää. Tätä varten ameebat saavat apua toisesta bakteeriryhmästä, jota ne eivät voi syödä. Nämä apumikrobit elävät myös ameeboissa. Apumikrobit estävät ruokabakteerien sulattamisen, jotta ameebat voivat säästää ne myöhempää käyttöä varten.
Tutkijat kutsuvat bakteereja kantavia ameeboja ”viljelijöiksi”. Tutkijat epäilevät, että kun ameebat pääsevät uuteen kotiin, ne sylkevät ruokabakteerit maaperään. Nämä bakteerit jakautuvat ja muodostavat lisää bakteereja. Aivan kuin ameebat kantaisivat mukanaan siemeniä ja istuttaisivat niitä kasvattaakseen lisää ruokaa.
Tutkijat havaitsivat hiljattain, että ameeba etana suojaa itseään erityissoluilla matkoillaan. Nämä solut ovat myös Dicty-ameeboja. Vartiosoluiksi kutsutut solut moppaavat bakteereja ja myrkyllisiä aineita, jotka voisivat vahingoittaa muita ameeboja. Kun tämä on tehty, etana jättää vartiosolunsa taakseen.
Brock mietti, mitä tämä löydös merkitsi dicty-maataloustuottajille. Viljelijät eivät haluaisi vartiosolujen tappavan heidän bakteeriruokaansa. Oliko viljelijöillä siis vähemmän vartiosoluja kuin ei-viljelijöillä?
Sen selvittämiseksi Brockin tiimi antoi ameebaetojen muodostua laboratoriossa. Jotkut etanat olivat kaikki maanviljelijöitä. Toiset olivat kaikki ei-maatalousyrittäjiä. Tutkijat värjäsivät vartijasolut ja antoivat etanoiden liikkua laboratorioastian poikki. Sen jälkeen tutkijat laskivat, kuinka monta sentinelisolua oli jäänyt jäljelle. Maanviljelijöiden etanoilla oli odotetusti vähemmän sentinelisoluja.
Tutkijat pohtivat, onko maanviljelijöillä tämän vuoksi suurempi riski saada myrkyllisiä kemikaaleja. Tämän testaamiseksi Brock altisti maanviljelijät ja muut kuin maanviljelijät myrkylliselle kemikaalille. Maanviljelijät pystyivät silti lisääntymään. Itse asiassa he pärjäsivät paremmin kuin ei-maatalousyrittäjät.
Brock uskoo nyt, että jotkut viljelijöiden kantamat bakteerit auttoivat torjumaan myrkyllisiä kemikaaleja. Nämä bakteerit saattavat hajottaa kemikaaleja. Maanviljelijöillä on siis kaksi asetta myrkyllisiä uhkia vastaan: vartiosolut ja bakteerikaverit.
Yhteys ilmastonmuutokseen?
Hess ja Brock tutkivat alastomia ameeboja. Paynea kiehtovat ne, joilla on kuori. Näitä ovelia mikrobeja kutsutaan testate (TESS-tayt) ameeboiksi, ja ne voivat muokata monenlaisia kuoria. Nämä kuoret voivat muistuttaa kiekkoja, kulhoja – jopa maljakoita. Jotkut ovat ”fantastisen kauniita”, Payne sanoo.
Monet testate-ameebat elävät elinympäristöissä, joita kutsutaan turvesoiksi. Nämä paikat ovat yleensä kosteita ja happamia. Kesäisin turve voi kuitenkin kuivua. Payne arvelee, että kuoret saattavat suojella suon ameeboja näiden kuivuuskausien aikana.
Eivät ole pelkkiä kuriositeetteja, vaan näillä turpeessa elävillä ameeboilla voi olla tärkeä rooli ympäristössä, Payne sanoo. Turvesuohon kertyy osittain maatuneita kasveja. Bakteerit syövät näitä kasveja, jolloin vapautuu hiilidioksidikaasua. Ilmakehässä tämä kasvihuonekaasu voi edistää ilmaston lämpenemistä. Suon ameebat syövät näitä bakteereja. Näin ollen suon ameebat voivat vaikuttaa siihen, kuinka suuri rooli soilla on ilmaston lämpenemisessä.
Payne kollegoineen tutki yhtä Kiinassa sijaitsevaa suota, jossa oli palanut maastopalo. Maastopalot saattavat yleistyä ilmaston lämmetessä. Niinpä tutkijat halusivat tietää, miten tulipalo vaikutti suon kivisammaliin.
Paynen kiinalaiset kollegat ottivat näytteitä suon palaneista ja palamattomista osista. Sitten tutkimusryhmä analysoi eroja kahden tyyppisen testate-ameeban välillä. Toinen tekee kuorensa roskista, kuten hiekanjyvistä ja kasvien palasista. Toinen tyyppi rakentaa lasimaisen kuoren piidioksidiksi kutsutun mineraalin avulla.
Palamattomilta alueilta tutkijat löysivät samanlaisia määriä molempia ameebatyyppejä. Mutta palaneissa laikuissa oli paljon enemmän ameeboja, joiden kuoret oli tehty hiekasta ja roskista. Löydökset viittaavat siihen, että tulipalo oli tuhonnut enemmän ameeboja, joilla oli piioksidikuori.
Payne ei vielä tiedä, mitä tämä tarkoittaa ilmastonmuutoksen kannalta. Ei ole selvää, aiheuttaako ameebojen siirtyminen sen, että suot vapauttavat enemmän vai vähemmän hiiltä. Prosessi on ”valtavan monimutkainen”, hän sanoo.
Monet muut yksityiskohdat ameeboista ovat edelleen tuntemattomia. Kuinka monta lajia on olemassa? Miksi joillakin on kuori? Miten ameebat vaikuttavat muiden mikrobien määrään joissakin ympäristön osissa? Miten ne vaikuttavat ympäröivään ekosysteemiin, kuten kasveihin?
Tutkijoilla riittää kysymyksiä ameeboista työllistämään heitä pitkään. Osittain siksi Paynen kaltaiset tutkijat pitävät näitä organismeja niin kiehtovina. Lisäksi hän sanoo: ”Ne ovat vain todella siistejä.”
