W 2009 roku biolog Dan Lahr otrzymał intrygujący e-mail od innego badacza. Zawierał on zdjęcie dziwnego organizmu. Badacz odkrył mikroba na terenach zalewowych w środkowej Brazylii. Jego żółtobrązowa skorupa miała charakterystyczny, trójkątny kształt.
Kształt ten przypominał Lahrowi kapelusz czarodzieja z filmów Władca Pierścieni. „To kapelusz Gandalfa”, pamięta, że pomyślał.
Lahr jest biologiem na Uniwersytecie w São Paulo w Brazylii. Zdał sobie sprawę, że jednokomórkowa forma życia była nowym gatunkiem ameby (Uh-MEE-buh). Niektóre ameby mają skorupę, tak jak ta. Mogą budować te powłoki z cząsteczek, które same wytwarzają, takich jak białka. Inne mogą używać kawałków materiałów z ich środowiska, takich jak minerały i rośliny. Jeszcze inne ameby są „nagie”, pozbawione jakiejkolwiek powłoki. Aby dowiedzieć się więcej o nowo znalezionej amebie, Lahr potrzebowałby więcej okazów.
Dwa lata później inny brazylijski naukowiec przysłał mu zdjęcia tego samego gatunku z rzeki. Ale bonanza przyszła w 2015 roku. Wtedy to trzeci naukowiec wysłał do niego maila. Ta badaczka, Jordana Féres, zebrała kilkaset trójkątnych ameb. To wystarczyło, aby ona i Lahr rozpoczęli szczegółowe badania nad gatunkiem.
Zbadali mikroby pod mikroskopem. Ameba, jak odkryli, zbudowała swoją powłokę w kształcie kapelusza z białek i cukrów, które sama wytworzyła. Ważnym pytaniem jest, dlaczego mikroby potrzebują tej powłoki. Być może zapewnia ona ochronę przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym słońca. Lahr nazwał gatunek Arcella gandalfi (Ahr-SELL-uh Gan-DAHL-fee).
Lahr podejrzewa, że wiele więcej gatunków ameby czeka na odkrycie. „Ludzie po prostu nie patrzą ,” mówi.
Naukowcy wciąż niewiele wiedzą o amebach. Większość biologów bada organizmy, które są albo prostsze, albo bardziej złożone. Mikrobiolodzy, na przykład, często koncentrują się na bakteriach i wirusach. Te mikroby mają prostsze struktury i mogą wywoływać choroby. Zoolodzy wolą badać większe, bardziej znane zwierzęta, takie jak ssaki i gady.
Amoebas w dużej mierze „zostały zignorowane”, zauważa Richard Payne. Jest on naukowcem zajmującym się środowiskiem na Uniwersytecie York w Anglii. „Przez długi czas były jakby złapane w środku.”
Ale kiedy naukowcy przyglądają się tym dziwnym małym organizmom, znajdują duże niespodzianki. Pokarm ameb sięga od alg po mózgi. Niektóre ameby noszą w sobie bakterie, które chronią je przed szkodą. Inne „hodują” bakterie, które lubią jeść. A jeszcze inne mogą odgrywać rolę w zmieniającym się klimacie Ziemi.
Chociaż nie możesz ich zobaczyć, ameby są wszędzie. Żyją w glebie, stawach, jeziorach, lasach i rzekach. Jeśli nabierzesz garść ziemi w lesie, prawdopodobnie będzie ona zawierać setki tysięcy ameb.
Ale te ameby nie wszystkie mogą być blisko spokrewnione ze sobą. Słowo „ameba” opisuje szeroką gamę jednokomórkowych organizmów, które wyglądają i zachowują się w określony sposób. Niektóre organizmy są amebami tylko przez część swojego życia. Mogą one przełączać się tam i z powrotem między formą ameby a jakąś inną formą.
Jak bakterie, ameby mają tylko jedną komórkę. Ale na tym podobieństwo się kończy. Dla jednej rzeczy, ameby są eukariotyczne (Yoo-kair-ee-AH-tik). Oznacza to, że ich DNA jest upakowane wewnątrz struktury zwanej jądrem (NEW-klee-uhs). Bakterie nie mają jądra. Pod pewnymi względami ameby są bardziej podobne do komórek ludzkich niż do bakterii.
Również w przeciwieństwie do bakterii, które utrzymują swój kształt, ameby bez skorupy wyglądają jak kleksy. Ich struktura bardzo się zmienia, mówi Lahr. Nazywa je „zmiennokształtnymi.”
Jego kleistość może się przydać. Ameby poruszają się za pomocą wybrzuszonych części zwanych pseudopodia (Soo-doh-POH-dee-uh). Termin ten oznacza „fałszywe stopy”. Są one przedłużeniem błony komórkowej. Ameba może sięgnąć i złapać jakąś powierzchnię za pomocą pseudopoda, używając go do pełzania do przodu.
Pseudopodia pomagają również amebom w jedzeniu. Rozciągnięty pseudopod może pochłonąć ofiarę ameby. Pozwala to tym mikrobom połykać bakterie, komórki grzybów, algi – a nawet małe robaki.
Niektóre ameby zjadają ludzkie komórki, powodując choroby. Ogólnie rzecz biorąc, ameby nie powodują tak wielu chorób u ludzi jak bakterie i wirusy. Mimo to, niektóre gatunki mogą być śmiertelne. Na przykład, gatunek znany jako Entamoeba histolytica (Ehn-tuh-MEE-buh Hiss-toh-LIH-tih-kuh) może zainfekować ludzkie jelita. Gdy już się tam znajdą, „dosłownie cię zjadają” – mówi Lahr. Choroba, którą wywołują, zabija dziesiątki tysięcy ludzi każdego roku, głównie w obszarach, w których brakuje czystej wody lub systemów kanalizacyjnych.
Najdziwniejsza choroba wywołana przez amebę obejmuje gatunek Naegleria fowleri (Nay-GLEER-ee-uh FOW-luh-ree). Jej przydomek to „ameba zjadająca mózg”. Bardzo rzadko zaraża ludzi, którzy pływają w jeziorach lub rzekach. Jeśli jednak dostanie się do nosa, może przedostać się do mózgu, gdzie żeruje na komórkach mózgowych. Taka infekcja jest zazwyczaj śmiertelna. Dobra wiadomość: Naukowcy wiedzą o zaledwie 34 mieszkańcach USA, którzy zostali zainfekowani w latach 2008-2017.
Mały otwieracz do puszek
Naukowiec o imieniu Sebastian Hess niedawno odkrył sztuczki, których niektóre ameby używają do jedzenia. Studiuje on eukariotyczne mikroby w Kanadzie na Uniwersytecie Dalhousie. To jest w Halifax, Nowa Szkocja. Hess uwielbiał oglądać maleńkie stworzenia przez mikroskop, odkąd był dzieckiem.
Dziesięć lat temu Hess przebił się przez lód zamarzniętego stawu w Niemczech. Zebrał próbkę wody i zabrał ją z powrotem do swojego laboratorium. Przez mikroskop zobaczył coś dziwnego. Zielone kule poruszały się jak małe bąbelki wewnątrz pasm zielonych alg. Nie miał pojęcia, czym są te kule. Hess zmieszał więc glony zawierające zielone kulki z innymi glonami. Chwiejące się kule wyskoczyły z alg i zaczęły pływać. Wkrótce potem najechały na inne nitki alg.
Hess zdał sobie sprawę, że zielone kule to mikroby zwane ameboflagellatami (Uh-MEE-buh-FLAH-juh-laytz). Oznacza to, że mogą one przełączać się między dwiema formami. W jednej formie pływają lub ślizgają się używając ogoniastych struktur zwanych flagellami (Fluh-JEH-luh). Kiedy pływaki znajdują pożywienie, przekształcają się w ameby. Ich kształt staje się mniej sztywny. Zamiast pływać, zaczynają teraz pełzać wzdłuż jakiejś powierzchni.
Przez mikroskop Hess obserwował, jak jedna z tych ameb wycina dziurę w komórce alg. Ameba wcisnęła się do środka. Następnie zjadła wnętrzności algi. Potem ameba podzieliła się i stworzyła kopie samej siebie. To były te poruszające się zielone kule, które Hess widział wcześniej. Nowe ameby wywierciły więcej dziur w komórce glonów. Niektóre wdzierały się do sąsiedniej komórki w splocie glonów. Inne uciekły. Hess nazwał gatunek Viridiraptor invadens (Vih-RIH-dih-rap-ter in-VAY-denz).
Znalazł podobny gatunek w bagnie. Również ameboflagellat, nie wpełzał do wnętrza glonów. Zamiast tego wycięła w komórce algowej szczelinę w kształcie litery C. Hess porównuje tę amebę do „otwieracza do puszek”. Następnie ameba podniosła „pokrywkę” i użyła swojego pseudopoda, by dostać się do otworu. Pochłaniała materiał, który wyciągała z komórki. Hess nazwał ten gatunek Orciraptor agilis (OR-sih-rap-ter Uh-JIH-liss).
Ostatnio odkrył wskazówki, jak te dwa amebofagellaty włamują się do alg. Wydaje się, że oba otrzymują pomoc od białka zwanego aktyną (AK-tin). Ludzkie komórki używają tego samego białka do poruszania się.
W ameboflagellates, aktyna tworzy siatkę. Pomaga to komórce w tworzeniu pseudopoda. Siatka może też pomóc pseudopodowi zaczepić się o algi. Aktyna może łączyć się z innymi białkami w błonie komórkowej mikroba, które mogą przyczepić się do ścian komórek glonów. Aktyna może nawet pomóc prowadzić inne białka – enzymy – które mogą wcinać się w ściany komórkowe alg.
Wyniki z badań Hessa i jego kolegów sugerują, że te pozornie proste ameby mogą być o wiele bardziej zaawansowane niż się początkowo wydawało. Można nawet uznać je za jednokomórkowych inżynierów. „Pod względem ich zachowania”, mówi Hess, „są to po prostu superkompleksowe organizmy.”
Kumple z bakterii
Związek między amebami i bakteriami jest jeszcze bardziej skomplikowany.
Debra Brock jest biologiem na Washington University w St. Louis, Mo. Studiuje amebę zwaną Dictyostelium discoideum (Dihk-tee-oh-STEE-lee-um Diss-COY-dee-um). Wiele osób określa je po prostu jako Dicty. Te żyjące w glebie organizmy odżywiają się bakteriami.
Dicty zwykle żyją samotnie. Ale kiedy jedzenie jest rzadkie, dziesiątki tysięcy może łączyć, zbijając się w kopułę. Zazwyczaj, kopuła morphs do ślimak-jak kształt. Ten ślimak – tak naprawdę tysiące pojedynczych ameb poruszających się razem – pełznie w kierunku powierzchni gleby.
Gdy już tam dotrze, ślimak tworzy kształt grzyba. Ameby znajdujące się na szczycie „grzybka” otaczają się twardym płaszczem. Ta powleczona forma znana jest jako zarodnik. Owady, robaki lub większe zwierzęta, które ocierają się o te zarodniki mogą nieświadomie przenieść je w nowe miejsca. Później zarodniki pękają, pozwalając amebom znajdującym się w powłoce na wydostanie się w poszukiwaniu pożywienia w nowym miejscu.
Niektóre Dicty przynoszą bakterie na pożywienie. Noszą bakterie wewnątrz siebie, nie trawiąc ich. To jest „jak pudełko na lunch”, wyjaśnia Brock. Aby to zrobić, ameby otrzymują pomoc od innej grupy bakterii, których nie mogą zjeść. Te pomocnicze mikroby również żyją w amebach. Pomocnicy zapobiegają trawieniu bakterii spożywczych, aby ameby mogły je zachować na później.
Naukowcy nazywają ameby przenoszące bakterie „rolnikami”. Naukowcy podejrzewają, że kiedy ameby docierają do nowego domu, wypluwają bakterie pokarmowe do gleby. Bakterie te następnie dzielą się, aby stworzyć więcej bakterii. To tak, jakby ameby przenosiły nasiona i sadziły je, aby wyhodować więcej żywności.
Ostatnio badacze odkryli, że ślimak ameba chroni się za pomocą specjalnych komórek podczas podróży. Komórki te to również ameby Dicty. Znane jako komórki wartownicze, zbierają one bakterie i substancje toksyczne, które mogłyby zaszkodzić innym amebom. Kiedy to się skończy, ślimak pozostawia swoje komórki wartownicze za sobą.
Brock zastanawiał się, co to odkrycie oznacza dla rolników Dicty. Rolnicy nie chcieliby, aby komórki wartownicze zabijały ich bakteryjne pożywienie. Więc czy rolnicy mieli mniej komórek wartowniczych niż nierolnicy?
Aby się tego dowiedzieć, zespół Brocka pozwolił ślimakom ameby uformować się w laboratorium. W niektórych ślimakach byli sami rolnicy. Inne były nierolnikami. Naukowcy zabarwili komórki wartownicze, a następnie pozwolili ślimakom poruszać się po naczyniu laboratoryjnym. Następnie badacze policzyli, ile komórek czuciowych pozostało za nimi. Zgodnie z oczekiwaniami, ślimaki rolników miały mniej komórek wartowniczych.
Naukowcy zastanawiali się, czy to naraża rolników na większe ryzyko związane z toksycznymi chemikaliami. Aby to sprawdzić, Brock wystawił rolników i nierolników na działanie toksycznej substancji chemicznej. Rolnicy nadal mogli się rozmnażać. W rzeczywistości radzili sobie lepiej niż nierolnicy.
Brock uważa teraz, że niektóre z bakterii przenoszonych przez rolników pomogły zwalczyć toksyczne chemikalia. Bakterie te mogą rozkładać chemikalia. Tak więc rolnicy mają dwie bronie przeciwko toksycznym zagrożeniom: komórki wartownicze i kumpli bakterii.
Powiązanie ze zmianami klimatycznymi?
Hess i Brock badają nagie ameby. Payne jest zaintrygowany tymi z muszlami. Nazywane amebami testatowymi (TESS-tayt), te sprytne mikroby mogą tworzyć wiele rodzajów muszli. Te pokrycia mogą przypominać dyski, miseczki – a nawet wazony. Niektóre są „fantastycznie piękne”, jak mówi Payne.
Wiele ameb jądrowych żyje w siedliskach zwanych torfowiskami. Miejsca te są zwykle wilgotne i kwaśne. Ale podczas lata torf może wyschnąć. Payne uważa, że muszle mogą chronić ameby z torfowiska podczas tych suszy.
Nie tylko ciekawostki, te żyjące w torfie ameby mogą odgrywać ważną rolę w środowisku, Payne mówi. Częściowo rozłożone rośliny gromadzą się w torfowiskach. Bakterie zjadają te rośliny, uwalniając dwutlenek węgla. W atmosferze, ten gaz cieplarniany może sprzyjać globalnemu ociepleniu. Ameby torfowiskowe żywią się tymi bakteriami. Tak więc w ten sposób ameby z torfowiska mogą wpływać na to, jak dużą rolę odgrywają torfowiska w globalnym ociepleniu.
Payne i jego koledzy badali jedno torfowisko w Chinach, w którym spłonął dziki pożar. Dzikie pożary mogą stać się częstsze w miarę ocieplania się klimatu. Naukowcy chcieli więc wiedzieć, jak ogień wpłynął na ameby jądrzaste w torfowisku.
Chińscy koledzy Payne’a pobrali próbki z spalonych i niespalonych części torfowiska. Następnie zespół przeanalizował różnice pomiędzy dwoma rodzajami ameb jądrowych. Jedna z nich wytwarza swoją skorupę z odłamków, takich jak ziarna piasku i kawałki roślin. Drugi typ buduje szklistą skorupę przy użyciu minerału zwanego krzemionką.
W niespalonych płatach naukowcy znaleźli podobne liczby obu typów ameb. Ale spalone płaty zawierały o wiele więcej ameb z muszlami wykonanymi z piasku i gruzu. Wyniki sugerują, że ogień zniszczył więcej ameb z krzemionkowymi muszlami.
Payne nie wie jeszcze, co to oznacza dla zmian klimatycznych. Nie jest jasne, czy zmiana w amebach spowoduje, że torfowiska będą uwalniać więcej czy mniej węgla. Proces ten jest „ogromnie skomplikowany”, mówi.
Wiele innych szczegółów dotyczących ameb pozostaje nieznanych. Jak wiele gatunków istnieje? Dlaczego niektóre z nich mają muszle? W jaki sposób ameby wpływają na liczbę innych mikrobów w niektórych częściach środowiska? Jak wpływają na otaczający je ekosystem, taki jak rośliny?
Naukowcy mają wystarczająco dużo pytań na temat ameb, aby zajmować się nimi przez długi czas. To częściowo dlatego badacze tacy jak Payne uważają te organizmy za tak intrygujące. Ponadto, jak mówi, „są one po prostu naprawdę fajne.”
