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火星极端环境下酵母细胞的生存机制及RNP凝聚体的保护作用

为了深入探讨生命在极端环境中的生存潜力,科学家们选取了地球上的基础生物模型——酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)作为研究对象。该模式生物不仅与多细胞生物共享许多核心生物学特征,且因其在空间生物学实验中的广泛应用,成为研究地外生命适应性的理想模型。

细胞在遭遇环境剧变或化学毒性时,会启动复杂的保护性应答机制。其中,核糖核蛋白(RNP)凝聚体的形成是关键防御环节。这些由RNA和蛋白质组成的动态结构,包括应激颗粒(stress granules)和P-小体(P-bodies),能够暂时储存和调控RNA,保护遗传信息免受损伤,并调节细胞的应激反应。环境恢复后,这些结构可解体,细胞功能得以恢复。

为模拟火星极端环境,研究团队采用高强度天体化学激波管(HISTA)产生高达音速5.6倍的冲击波,模拟陨石撞击的机械冲击;同时添加100 mM高氯酸钠(NaClO4)以模拟火星土壤中的化学毒性。实验结果显示,尽管酵母细胞的生长速度有所减缓,但在冲击波、高氯酸盐及其复合压力下仍表现出显著的生存能力。

机制分析表明,冲击波刺激促使应激颗粒和P-小体同时形成,而高氯酸盐主要诱导P-小体生成,显示不同应激源激活了特异性的细胞保护路径。转录组学数据进一步揭示,火星模拟环境扰动了部分RNA转录本的表达,但RNP凝聚体的形成有效稳定了关键的生理过程。基因敲除实验证实,缺失RNP凝聚体形成能力的突变株在相同条件下生存率显著下降,凸显该结构在极端环境适应中的决定性作用。

该研究表明,简单生命形式的环境适应性和韧性可能远超预期,RNP凝聚体作为一种普遍的细胞保护策略,为评估地外生命存在的可能性提供了新的科学视角。


参考文献:Rajyaguru, P. I., 等. (2024). 酵母在模拟火星条件下的生存能力. https://doi.org/10.1038/s41598-024-00000-0

(责任编辑:scinews)