2009-ben Dan Lahr biológus egy érdekes e-mailt kapott egy másik kutatótól. Egy különös organizmusról készült fotót tartalmazott. A kutató egy közép-brazíliai árterületen fedezte fel a mikrobát. Sárgásbarna burokjának jellegzetes, háromszögszerű alakja volt.
A forma Lahrt a Gyűrűk Ura-filmek varázslósapkájára emlékeztette. “Ez Gandalf kalapja” – emlékszik vissza, hogy mit gondolt.
Lahr biológus a brazíliai São Pauló-i Egyetemen. Rájött, hogy az egysejtű életforma az amőba (Uh-MEE-buh) egy új faja. Egyes amőbáknak van héjuk, mint ennek is volt. Ezeket a burkolatokat saját maguk által előállított molekulákból, például fehérjékből építhetik fel. Mások a környezetükből származó anyagdarabokat, például ásványokat és növényeket használnak fel. Megint más amőbák “csupaszok”, azaz nem rendelkeznek burokkal. Ahhoz, hogy többet tudjon meg az újonnan felfedezett amőbáról, Lahrnak több példányra lenne szüksége.
Két évvel később egy másik brazil tudós ugyanerről a fajról küldött képeket egy folyóból. A bónusz azonban 2015-ben jött. Ekkor egy harmadik tudós küldött neki e-mailt. Ez a kutató, Jordana Féres néhány száz darabot gyűjtött a háromszög alakú amőbákból. Ez elég volt neki és Lahrnak ahhoz, hogy megkezdjék a faj részletes tanulmányozását.
Mikroszkóp alatt megvizsgálták a mikrobákat. Megállapították, hogy az amőba az általa előállított fehérjékből és cukrokból építette fel kalap alakú héját. A nagy kérdés az, hogy miért van szüksége a mikrobának erre a héjra. Talán védelmet nyújt a nap káros ultraibolya sugarai ellen. Lahr a fajnak az Arcella gandalfi (Ahr-SELL-uh Gan-DAHL-fee) nevet adta.
Lahr gyanítja, hogy még sok amőba faj vár felfedezésre. “Az emberek csak nem keresik ,” mondja.
A tudósok még mindig keveset tudnak az amőbákról. A legtöbb biológus egyszerűbb vagy bonyolultabb szervezeteket tanulmányoz. A mikrobiológusok például gyakran a baktériumokra és a vírusokra koncentrálnak. Ezek a mikrobák egyszerűbb szerkezetűek, és betegségeket okozhatnak. A zoológusok inkább a nagyobb, ismertebb állatokat, például az emlősöket és a hüllőket tanulmányozzák.
Az amőbákat nagyrészt “figyelmen kívül hagyták” – jegyzi meg Richard Payne. Ő az angliai Yorki Egyetem környezetkutatója. “Hosszú ideig valahogy a középpontban voltak.”
Amikor azonban a tudósok megnézik ezeket a furcsa kis organizmusokat, nagy meglepetéseket találnak. Az amőbák tápláléka az algáktól az agyakig terjed. Egyes amőbák olyan baktériumokat hordoznak, amelyek megvédik őket az ártalmaktól. Mások “tenyésztik” az általuk szívesen fogyasztott baktériumokat. Megint mások pedig szerepet játszhatnak a Föld változó éghajlatában.
Mi van az étlapon? Gombák, férgek, agyak
Bár nem láthatjuk őket, az amőbák mindenütt ott vannak. A talajban, tavakban, tavakban, erdőkben és folyókban élnek. Ha felkapsz egy maréknyi földet az erdőben, valószínűleg több százezer amőbát találsz benne.
De ezek az amőbák nem biztos, hogy mind közeli rokonságban állnak egymással. Az “amőba” szó az egysejtű szervezetek széles skáláját írja le, amelyek egy bizonyos módon néznek ki és viselkednek. Egyes élőlények csak életük egy részében amőbák. Előre-hátra tudnak váltani az amőba forma és valamilyen más forma között.
A baktériumokhoz hasonlóan az amőbáknak is csak egy sejtjük van. De itt véget ér a hasonlóság. Egyrészt az amőbák eukarióta (Yoo-kair-ee-AH-tik) sejtek. Ez azt jelenti, hogy a DNS-ük egy sejtmagnak (NEW-klee-uhs) nevezett struktúrába van csomagolva. A baktériumoknak nincs sejtmagjuk. Bizonyos szempontból az amőbák jobban hasonlítanak az emberi sejtekhez, mint a baktériumokhoz.
A baktériumokkal ellentétben, amelyek megtartják alakjukat, a héj nélküli amőbák pacáknak tűnnek. A szerkezetük sokat változik, mondja Lahr. “Alakváltóknak” nevezi őket.”
A pacaságuk jól jöhet. Az amőbák pseudopodia (Soo-doh-POH-dee-uh) nevű kidudorodó részek segítségével mozognak. A kifejezés jelentése “hamis lábak”. Ezek a sejtmembrán meghosszabbításai. Egy amőba képes kinyúlni, és egy pszeudopódával megragadni valamilyen felületet, és azt felhasználva előre kúszni.
A pszeudopódiumok az amőbák táplálkozását is segítik. Egy kinyújtott pszeudopóda képes elnyelni az amőba zsákmányát. Ez lehetővé teszi, hogy ez a mikroba baktériumokat, gombasejteket, algákat – sőt, még apró férgeket is lenyeljen.
Néhány amőba emberi sejteket eszik, betegséget okozva. Általában az amőbák nem okoznak annyi emberi betegséget, mint a baktériumok és a vírusok. Néhány faj mégis halálos lehet. Például az Entamoeba histolytica (Ehn-tuh-MEE-buh Hiss-toh-LIH-tih-kuh) nevű faj megfertőzheti az emberi beleket. Ha már ott vannak, “szó szerint felfalnak” – mondja Lahr. Az általuk okozott betegség évente több tízezer embert öl meg, főként olyan területeken, ahol nincs tiszta víz vagy csatornarendszer.
A legbizarrabb betegség, amelyet egy amőba okoz, a Naegleria fowleri (Nay-GLEER-ee-uh FOW-luh-ree) fajjal kapcsolatos. Beceneve az “agyevő amőba”. Nagyon ritkán fertőz meg olyan embereket, akik tavakban vagy folyókban úsznak. Ha azonban bejut az orrba, eljuthat az agyba, ahol az agysejtekből lakmározik. Ez a fertőzés általában halálos. A jó hír: A tudósok mindössze 34 amerikai lakosról tudnak, akik 2008 és 2017 között fertőződtek meg.
Egy apró konzervnyitó
Egy Sebastian Hess nevű tudós nemrég felfedezte, milyen trükköket használnak egyes amőbák az evéshez. Ő eukarióta mikrobákat tanulmányoz Kanadában, a Dalhousie Egyetemen. Ez Halifaxban van, Új-Skóciában. Hess gyerekkora óta szereti az apró élőlényeket mikroszkópon keresztül figyelni.
Tíz évvel ezelőtt Hess átütötte egy befagyott tó jegét Németországban. Mintát gyűjtött a vízből, és visszavitte a laboratóriumába. A mikroszkópon keresztül valami furcsát látott. Zöld gömbök tekergőztek, mint apró buborékok a zöld alga szálaiban. Fogalma sem volt róla, hogy mik lehetnek ezek a gömbök. Ezért Hess a zöld gömböket tartalmazó algát más algákkal keverte össze. A tekergő gömbök kipattantak az algából, és úszni kezdtek. Röviddel ezután más algaszálakat is megszálltak.
Hess rájött, hogy a zöld gömbök amőboflagelláknak (Uh-MEE-buh-FLAH-juh-laytz) nevezett mikrobák. Ez azt jelenti, hogy képesek két forma között váltani. Az egyik formában úsznak vagy siklanak a flagelláknak (Fluh-JEH-luh) nevezett farokszerű struktúrák segítségével. Amikor az úszók táplálékot találnak, amőbává alakulnak át. Alakjuk kevésbé merevvé válik. Úszás helyett most már kúszni kezdenek valamilyen felületen.
A mikroszkópon keresztül Hess megfigyelte, ahogy az egyik ilyen amőba lyukat vág egy algasejtbe. Az amőba bepréselődött a belsejébe. Aztán megette az alga belsejét. Ezután az amőba kettévált és másolatokat készített magából. Ezek voltak azok a tekergő zöld gömbök, amiket Hess korábban látott. Az új amőbák újabb lyukakat ütöttek az algasejtbe. Néhányan behatoltak a szomszédos sejtbe az algaszálban. Mások elmenekültek. Hess elnevezte a fajt Viridiraptor invadensnek (Vih-RIH-dih-rap-ter in-VAY-denz).
Egy mocsárban talált egy hasonló fajt. Szintén amőboflagellata, de nem kúszott az algák belsejében. Ehelyett egy C-alakú hasadékot vágott egy algasejtbe. Hess ezt az amőbát “konzervnyitóhoz” hasonlítja. Az amőba ezután felemelte a “fedelet”, és pszeudopódja segítségével benyúlt a lyukba. A sejtből kihúzott anyagot bekebelezte. Hess ezt a fajt Orciraptor agilisnak (OR-sih-rap-ter Uh-JIH-liss) nevezte el.
Nemrégiben nyomokat fedezett fel arra vonatkozóan, hogy ez a két amőbaflagellata hogyan hasítja fel az algákat. Úgy tűnik, mindkettő segítséget kap egy aktin (AK-tin) nevű fehérjétől. Az emberi sejtek ugyanezt a fehérjét használják a mozgáshoz.
Az amőboflagellákban az aktin hálót alkot. Segít a sejtnek pszeudopodot készíteni. A háló segíthet abban is, hogy a pszeudopod az algákhoz tapadjon. Az aktin kapcsolódhat a mikroba sejtmembránjában lévő más fehérjékhez, amelyek az algasejtek falához kapcsolódhatnak. Az aktin még más fehérjék – enzimek – irányításában is segíthet, amelyek felvághatják az algasejtek falát.
A Hess és kollégái által végzett vizsgálatok eredményei arra utalnak, hogy ezek a látszólag egyszerű amőbák sokkal fejlettebbek lehetnek, mint amilyennek először tűntek. Akár egysejtű mérnököknek is tekinthetnénk őket. “Viselkedésüket tekintve” – mondja Hess – “ezek egyszerűen szuperkomplex organizmusok.”
Baktériumtársak
Az amőbák és a baktériumok közötti kapcsolat még ennél is bonyolultabb.
Debra Brock a Washington Egyetem biológusa St. Louisban, Mo. A Dictyostelium discoideum (Dihk-tee-oh-STEE-lee-um Diss-COY-dee-um) nevű amőbát tanulmányozza. Sokan egyszerűen csak Dicty-ként emlegetik. Ezek a talajlakó szervezetek baktériumokkal táplálkoznak.
A dictyek általában egyedül élnek. De amikor kevés a táplálék, több tízezren is egyesülhetnek, kupolába tömörülve. Általában a kupola csigaszerűvé alakul. Ez a csiga – valójában több ezer egyes amőba mozog együtt – a talaj felszíne felé kúszik.
Amint odaér, a csiga gomba alakot vesz fel. A “gomba” tetején lévő amőbák kemény burokkal veszik körül magukat. Ezt a bevonatos formát nevezzük spórának. A rovarok, férgek vagy nagyobb állatok, amelyek ezeket a spórákat súrolják, tudtukon kívül új helyekre szállíthatják őket. Később a spórák felrepednek, lehetővé téve a burokban lévő amőbák számára, hogy ezen az új helyen táplálék után kutatva elinduljanak.
Néhány Dicty baktériumokat hoz magával táplálékul. A baktériumokat magukban hordozzák anélkül, hogy megemésztenék őket. Ez “olyan, mint egy uzsonnás doboz” – magyarázza Brock. Ehhez az amőbák segítséget kapnak egy másik baktériumcsoporttól, amelyet nem tudnak megenni. Ezek a segítő mikrobák szintén az amőbákban élnek. A segítők megakadályozzák, hogy a táplálékbaktériumok megemésztődjenek, így az amőbák el tudják őket menteni későbbre.
A tudósok a baktériumhordozó amőbákat “gazdálkodóknak” nevezik. A kutatók azt gyanítják, hogy amikor az amőbák új otthonra jutnak, kiköpik a táplálékbaktériumokat a talajba. Ezek a baktériumok aztán osztódnak, hogy újabb baktériumokat hozzanak létre. Ez olyan, mintha az amőbák magokat hordoznának magukkal, és elültetnék őket, hogy még több élelmet termeljenek.
A kutatók nemrég felfedezték, hogy az amőbacsiga különleges sejtekkel védi magát utazás közben. Ezek a sejtek szintén Dicty amőbák. Az őrsejteknek nevezett sejtek olyan baktériumokat és mérgező anyagokat takarítanak fel, amelyek árthatnak a többi amőbának. Amikor ez megtörtént, a csiga hátrahagyja az őrszemeit.
Brock azon tűnődött, hogy mit jelent ez a felfedezés a Dicty farmerek számára. A farmerek nem akarnák, hogy az őrszemsejtek megöljék a bakteriális táplálékukat. Tehát a gazdáknak kevesebb őrszemsejtjük volt, mint a nem gazdáknak?
Azért, hogy ezt kiderítsék, Brock csapata hagyta, hogy amőbacsigák alakuljanak ki a laboratóriumban. Néhány csiga mind farmer volt. Mások mind nem farmerek voltak. A kutatók megfestették az őrsejteket, majd hagyták, hogy a csigák egy laboratóriumi tálon keresztül mozogjanak. Ezután a kutatók megszámolták, hogy hány sentinel sejt maradt hátra. A várakozásoknak megfelelően a farmer csigáknak kevesebb őrszemsejtjük volt.
A tudósok azon tűnődtek, hogy a farmerek emiatt nagyobb veszélynek vannak-e kitéve a mérgező vegyi anyagok miatt. Ennek tesztelésére Brock egy mérgező vegyi anyagnak tette ki a gazdákat és a nem gazdákat. A farmerek még mindig képesek voltak szaporodni. Sőt, jobban jártak, mint a nem farmerek.
Brock most úgy gondolja, hogy a farmerek által hordozott baktériumok egy része segített a mérgező vegyszerek elleni küzdelemben. Ezek a baktériumok lebonthatják a vegyszereket. A gazdáknak tehát két fegyverük van a mérgező fenyegetésekkel szemben: az őrsejtek és a baktériumtársak.
Kapcsolat a klímaváltozással?
Hess és Brock meztelen amőbákat tanulmányoznak. Payne-t a héjjal rendelkezők érdeklik. Az úgynevezett testate (TESS-tayt) amőbák, ezek a ravasz mikrobák sokféle héjat tudnak kialakítani. Ezek a burkolatok hasonlíthatnak korongokra, tálakra, sőt vázákra is. Néhányuk “fantasztikusan szép”, mondja Payne.
Nagyszámú tesztát amőba él a tőzeglápoknak nevezett élőhelyeken. Ezek a helyek általában nedvesek és savasak. A nyarak során azonban a tőzeg kiszáradhat. Payne úgy gondolja, hogy a kagylók megvédhetik a láp amőbáit az ilyen szárazságok idején.
Nem csak érdekességek, ezek a tőzegben élő amőbák fontos szerepet játszhatnak a környezetben, mondja Payne. A tőzeglápokban részben lebomlott növények halmozódnak fel. A baktériumok megeszik ezeket a növényeket, szén-dioxid gázt szabadítva fel. A légkörben ez az üvegházhatású gáz elősegítheti a globális felmelegedést. A mocsári amőbák megeszik ezeket a baktériumokat. Így tehát a láp amőbái befolyásolhatják, hogy a tőzeglápok mekkora szerepet játszanak a globális felmelegedésben.
Payne és kollégái tanulmányoztak egy kínai tőzeglápot, ahol erdőtűz pusztított. Az erdőtüzek gyakoribbá válhatnak az éghajlat felmelegedésével. A tudósok ezért arra voltak kíváncsiak, hogy a tűz hogyan hatott a mocsár herélt amőbáira.
Payne kínai kollégái mintákat vettek a mocsár leégett és le nem égett részeiből. Ezután a csapat elemezte a herélt amőbák két típusa közötti különbségeket. Az egyik törmelékből, például homokszemcsékből és növénydarabokból készíti a héját. A másik típus egy szilícium-dioxid nevű ásványból építi fel üvegszerű héját.
A nem égett foltokban a tudósok hasonló számú amőbát találtak mindkét típusból. Az égett foltokban azonban sokkal több olyan amőbát találtak, amelyeknek a héja homokból és törmelékből állt. Az eredmények arra utalnak, hogy a tűz több szilikahéjú amőbát pusztított el.
Payne még nem tudja, hogy ez mit jelent az éghajlatváltozás szempontjából. Nem világos, hogy az amőbák eltolódása miatt a tőzeglápok több vagy kevesebb szenet bocsátanak-e ki. A folyamat “rendkívül bonyolult” – mondja.
Az amőbák sok más részlete továbbra sem ismert. Hány faj létezik? Miért van némelyiknek héja? Hogyan befolyásolják az amőbák más mikrobák számát a környezet egyes részein? Hogyan befolyásolják a körülöttük lévő ökoszisztémát, például a növényeket?
A tudósoknak elég kérdésük van az amőbákkal kapcsolatban ahhoz, hogy sokáig foglalkoztassák magukat. Részben ezért is találják a Payne-hez hasonló kutatók annyira érdekesnek ezeket az organizmusokat. Ráadásul, mondja, “egyszerűen csak nagyon királyak.”
