Organizm ten to choanoflagellate – mikroskopijna, jednokomórkowa forma życia, która może dzielić się i rozwijać w wielokomórkowe kolonie w sposób podobny do tego, w jaki powstają zarodki zwierząt. Nie jest to jednak rodzaj zwierzęcia, ale członek grupy siostrzanej dla wszystkich zwierząt. Jako najbliższy żyjący krewny zwierząt, wiciowiec jest kluczowym modelem przejścia od życia jednokomórkowego do wielokomórkowego. Co zaskakujące, posiada własny mikrobiom, co czyni go pierwszym znanym wiciowcem, który nawiązał stabilną fizyczną relację z bakteriami, zamiast wyłącznie je zjadać. Zwykle widoczne tylko pod mikroskopem wiciowce są często ignorowane przez biologów wodnych, którzy zamiast tego koncentrują się na organizmach makroskopijnych, fotosyntetyzujących algach lub bakteriach, jednak ich biologia i styl życia mogą dać wgląd w stworzenia, które istniały w oceanach przed ewolucją zwierząt i które ostatecznie dały początek zwierzętom. W szczególności gatunek ten może rzucić światło na pochodzenie interakcji między zwierzętami i bakteriami, które doprowadziły do powstania ludzkiego mikrobiomu. – Zwierzęta ewoluowały w oceanach, które były wypełnione bakteriami. Jeśli pomyślisz o drzewie życia, wszystkie żyjące obecnie organizmy są ze sobą powiązane w czasie ewolucji. Jeśli więc badamy organizmy, które żyją dzisiaj, możemy zrekonstruować to, co wydarzyło się w przeszłości – wyjaśnia Nicole King, profesor biologii molekularnej i komórkowej UC Berkeley oraz badaczka z Instytutu Medycznego Howarda Hughesa (HHMI), która studiuje wiciowce jako model tego, jak wyglądało wczesne życie w starożytnych oceanach.

Prof. King i jej koledzy z UC Berkeley opisali organizm, który nazwali Barroeca monosierra. Prawie 10 lat temu ówczesny absolwent UC Berkeley Daniel Richter wrócił z wyprawy wspinaczkowej we wschodniej Sierra Nevada z fiolką wody z jeziora Mono, którą zebrał po drodze. Pod mikroskopem okazało się, że jest ona pełna choanoflagellatów. Oprócz krewetek solankowych, much alkalicznych i różnych gatunków nicieni odnotowano niewiele innych form życia w tych niegościnnych wodach jeziora. Kolonie składające się z blisko 100 identycznych komórek choanoflagellate tworzyły pustą kulę, która wirowała i obracała się. – Jedną z interesujących rzeczy jest to, że te kolonie mają kształt podobny do blastuli – pustej kuli komórek, która tworzy się na wczesnym etapie rozwoju zwierząt –relacjonuje prof. King. Naukowcy odkryli również struktury łączące, zwane macierzą zewnątrzkomórkową, wewnątrz kulistej kolonii. Dopiero wtedy doszli do wniosku, że mogą to nie być pozostałości bakterii, którymi żywiły się wiciowce, ale bakterie żyjące i pasące się na substancjach wydzielanych przez kolonię. – Nikt nigdy nie opisał chanoflagellate ze stabilną fizyczną interakcją z bakteriami. W naszych wcześniejszych badaniach odkryliśmy, że wiciowce reagowały na małe cząsteczki bakterii, które unosiły się w wodzie lub zjadały bakterie, ale nie było przypadku synbiozy lub, w tym przypadku, własnego mikrobiomu – dodaje prof. King.

Zespół badawczy prof. King połączył siły z Jill Banfield, pionierką w dziedzinie metagenomiki i profesorem nauk o środowisku, polityki i zarządzania oraz nauk o Ziemi i planetach UC Berkeley, aby określić, które gatunki bakterii znajdowały się w wodzie i wewnątrz wiciowców (metagenomika polega na sekwencjonowaniu całego DNA w próbce środowiskowej w celu zrekonstruowania genomów żyjących tam organizmów). Po tym, jak laboratorium prof. Banfield zidentyfikowało mikroby w wodzie jeziora Mono, naukowcy przeprowadzili badanie qPCR za pomocą specjalnie zaprojektowanych sond DNA, aby określić, które z bakterii znajdują się wewnątrz wiciowców. Populacje bakterii nie były identyczne, więc najwyraźniej niektóre z nich przetrwały lepiej niż inne w pozbawionym tlenu świetle kolonii choanoflagellate. Badacze ustalili, że nie znalazły się tam przypadkowo – rosły i dzieliły się. Może uciekały przed toksycznym środowiskiem jeziora, a może wiciowce hodowały bakterie jako pożywienie. W tym czasie prof. King zajmowała się także innymi gatunkami wiciowców, więc te z próbek z jeziora Mono leżały w zamrażarce. Kilkoro zainteresowanych studentów poddało je barwieniu do analiz na mikroskopie, aby przyjrzeć się niezwykłym chromosomom wiciowców w kształcie pączków. Co zaskakujące, DNA znajdowało się również wewnątrz pustej kolonii, gdzie nie powinno być żadnych komórek. Po dalszych badaniach doktorantka Kayley Hake ustaliła, że były to bakterie. Przyznaje, że wiele z tego to spekulacje. Przyszłe eksperymenty powinny ujawnić, w jaki sposób bakterie wchodzą w interakcje z wiciowcami. Wcześniejsze prace w jej laboratorium wykazały już, że bakterie działają jak afrodyzjak, stymulując krycie u wiciowców oraz że bakterie mogą stymulować te jednokomórkowe organizmy do łączenia się w kolonie.

Dla jeziora Mono choanoflagellate stanie się kolejnym modelowym systemem do badania ewolucji, podobnie jak wiciowce, które żyją w basenach na wyspie Curaçao na Karaibach, a także te w basenach na biegunie północnym i południowym. Uzyskanie większej liczby próbek z jeziora Mono może być jednak wyzwaniem. Podczas ostatniej wizyty tylko 6 ze 100 próbek zawierało te mikroorganizmy. – Myślę, że jest o wiele więcej do zrobienia w zakresie życia drobnoustrojów w jeziorze Mono, ponieważ tak naprawdę leży to u podstaw wszystkiego innego w ekosystemie. Jestem podekscytowana B. monosierra jako nowym modelem do badania interakcji między eukariontami i bakteriami i mam nadzieję, że powie nam coś o ewolucji, a nawet jeśli nie, myślę, że jest to fascynujące zjawisko – kończy prof. King.