Även i jordens mest ogästvänliga miljöer, livet har fått fäste.

Extremofiler är de mest kända organismerna för att tåla extrema temperaturer, pH-värden, salthalt, och till och med näringssvält. De har utvecklat speciella mekanismer som gör det möjligt för dem att överleva i sina miljöer, men att komma till botten med den motståndskraften kräver riktade och metodiska förhör.

I Yellowstone National Park och liknande platser, extremofiler finns i miljöer som sura varma källor eller termiska sura jordar. Här är de utsatta, ofta med jämna mellanrum, till några av de lägsta naturligt förekommande pH-värdena på jorden, och temperaturer som närmar sig vattnets kokpunkt. För att överleva under dessa snabbt fluktuerande förhållanden, organismer skyddar sig med komplexa membran, består av sammankopplade lipider kopplade till deras ryggrad med starka eterbindningar, snarare än de esterbindningar som oftast finns i eukaryoter och bakterier.

I Sulfolobus acidocaldarius, en arkeon som lever i hög syra, högtemperaturmiljöer som är vanliga i Yellowstone, cellulära membranlipider som kallas glyceroldialkylglyceroltetraeter (GDGT) är kopplade till en ovanlig sockerliknande molekyl som kallas calditol. En grupp forskare publicerade nyligen resultat i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), identifiera hur calditol tillverkas i cellen och hur, specifikt, det är ansvarigt för syratolerans hos dessa organismer. Arbetet hjälper forskare att komma närmare att förstå hur livet utvecklades för att överleva i extrema miljöer.

Roger kallar, Schlumberger professor i geobiologi vid MIT:s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) och en av författarna till studien, poängterar framsteg inom molekylärbiologi, bioinformatik, och riktade gendeletionsstrategier för att möjliggöra denna upptäckt.

"Genomikens era har fört med sig en rad nya verktyg för att främja forskning om lipidbiomarkörer, "Kallelse säger. Paula Welander, en tidigare EAPS postdoc i Summons Lab och nu biträdande professor vid Institutionen för geosystemvetenskap vid Stanford University, ledde studien som också genomfördes av Zhirui Zeng och Jeremy H. Wei på Stanford, och Xiao-lei Liu, en biträdande professor i organisk geokemi vid University of Oklahoma.

"Denna studie är ett utmärkt exempel på hur ett tvärvetenskapligt förhållningssätt, inklusive mikrobiella fysiologer och organiska geokemister, kan lösa utestående frågor angående lipidbiomarkörer, säger Welander.

För att identifiera calditols roll i Sulfolobus acidocaldarius-membranen, forskarna använde verktyg i jämförande genomik, gen deletion, och lipidanalys till noll på ett visst protein inom klassen radikal S-andenosylmetionin (SAM) enzymer som krävs för att syntetisera calditol. När de sökte efter vad som kodade det proteinet i calditol-producerande arkeala genom, de hittade bara några få kandidatgener.

För att testa proteinets betydelse för syratolerans, forskarna skapade mutanter – med de membranrelaterade generna raderade – och analyserade deras lipider. Genom att utsätta den kalditolfria mutanten för mycket sura förhållanden, forskarna kunde bekräfta den verkliga funktionen av calditolkomponenten i membranet. Endast det naturligt förekommande, calditol-producerande Sulfolobus och mutantstammen med radikal-SAM-genen återställd, kunde växa efter en betydande sänkning av pH.

"Medan Welander och kollegor har visat närvaron av radikal-SAM-lipidbiosyntesgener i bakterier, detta är första gången man entydigt har identifierats i arkea, "Kallelse säger. "Calditol-kopplad till membranlipider i dessa organismer ger betydande skyddande effekter."

Welander tillägger:"Forskare har i många år antagit att framställning av calditol skulle ge denna typ av skyddande effekt, men detta har inte visats direkt. Här visar vi äntligen denna länk direkt."

Ännu längre, det faktum att ett radikalt SAM-protein är involverat i att länka calditol till membranen kan hjälpa forskare att bättre förstå kemin och utvecklingen av membranlipider från en mängd olika miljöer över hela planeten.

Summons säger att resultatet talar om "den möjliga närvaron av en mängd andra radikala kemier för att modifiera membranlipider när de väl har syntetiserats."

"I tur och ordning, detta kan hjälpa oss att bättre förstå biosyntesen av andra arkeaspecifika lipider och hjälpa oss att skriva den evolutionära historien för dessa slående distinkta membran, " han säger.