Scientists Find The First-Ever Animal That Doesn’t Need Oxygen to Survive

Some truths about the Universe and our experience in it seem immutable. The sky is up. Gravity sucks. Nothing can travel faster than light. Multicellular life needs oxygen to live. Except we might need to rethink that last one.

Scientists have just discovered that a jellyfish-like parasite doesn’t have a mitochondrial genome – the first multicellular organism known to have this absence. That means it doesn’t breathe; in fact, it lives its life completely free of oxygen dependency.

This discovery isn’t just changing our understanding of how life can work here on Earth – it could also have implications for the search for extraterrestrial life.

Life started to develop the ability to metabolise oxygen – that is, respirate – sometime over 1.45 billion years ago. A larger archaeon engulfed a smaller bacterium, and somehow the bacterium’s new home was beneficial to both parties, and the two stayed together.

That symbiotic relationship resulted in the two organisms evolving together, and eventually those bacteria ensconced within became organelles called mitochondria. Every cell in your body except red blood cells has large numbers of mitochondria, and these are essential for the respiration process.

They break down oxygen to produce a molecule called adenosine triphosphate, which multicellular organisms use to power cellular processes.

We know there are adaptations that allow some organisms to thrive in low-oxygen, or hypoxic, conditions. Some single-celled organisms have evolved mitochondria-related organelles for anaerobic metabolism; but the possibility of exclusively anaerobic multicellular organisms has been the subject of some scientific debate.

That is, until a team of researchers led by Dayana Yahalomi of Tel Aviv University in Israel decided to take another look at a common salmon parasite called Henneguya salminicola.

It’s a cnidarian, belonging to the same phylum as corals, jellyfish and anemones. Although the cysts it creates in the fish’s flesh are unsightly, the parasites are not harmful, and will live with the salmon for its entire life cycle.

Tucked away inside its host, the tiny cnidarian can survive quite hypoxic conditions. But exactly how it does so is difficult to know without looking at the creature’s DNA – so that’s what the researchers did.

They used deep sequencing and fluorescence microscopy to conduct a close study of H. salminicola, and found that it has lost its mitochondrial genome. In addition, it’s also lost the capacity for aerobic respiration, and almost all of the nuclear genes involved in transcribing and replicating mitochondria.

Like the single-celled organisms, it had evolved mitochondria-related organelles, but these are unusual too – they have folds in the inner membrane not usually seen.

The same sequencing and microscopic methods in a closely related cnidarian fish parasite, Myxobolus squamalis, was used as a control, and clearly showed a mitochondrial genome.

These results show that here, at last, is a multicellular organism that doesn’t need oxygen to survive.

Exactly how it survives is still something of a mystery. It could be leeching adenosine triphosphate from its host, but that’s yet to be determined.

But the loss is pretty consistent with an overall trend in these creatures – one of genetic simplification. Over many, many years, they have basically devolved from a free-living jellyfish ancestor into the much more simple parasite we see today.

They’ve lost most of the original jellyfish genome, but retaining – oddly – a complex structure resembling jellyfish stinging cells. They don’t use these to sting, but to cling to their hosts: an evolutionary adaptation from the free-living jellyfish’s needs to the parasite’s. You can see them in the image above – they’re the things that look like eyes.

The discovery could help fisheries adapt their strategies for dealing with the parasite; although it’s harmless to humans, no one wants to buy salmon riddled with tiny weird jellyfish.

But it’s also a heck of a discovery for helping us to understand how life works.

„Our discovery confirms that adaptation to an anaerobic environment is not unique to single-celled eukaryotes, but has also evolved in a multicellular, parasitic animal,” the researchers wrote in their paper.

„Hence, H. salminicola provides an opportunity for understanding the evolutionary transition from an aerobic to an exclusive anaerobic metabolism.”

Unele adevăruri despre Univers par imuabile. Cerul este sus. Gravitația atrage corpurile. Nimic nu poate călători mai repede decât lumina. Viața multicelulară are nevoie de oxigen pentru a trăi…

Eee, cred că ar trebui să îl regândim pe ultimul.

Oamenii de știință au descoperit că un parazit asemănător meduzelor nu are un genom mitocondrial – primul organism multicelular cunoscut pentru această absență. Asta înseamnă că nu respiră; de fapt, își trăiește viața complet  independent de oxigen.

Această descoperire nu schimbă doar înțelegerea noastră despre cum poate funcționa viața aici pe Pământ – ar putea avea și implicații pentru căutarea vieții extraterestre.
Viața a început să dezvolte capacitatea de a metaboliza oxigenul – adică să respire în urmă cu peste 1,45 miliarde de ani. Un arheon mai mare a cuprins o bacterie mai mică și, într-un fel, noua casă a fost benefică pentru ambele părți, iar cei doi au rămas împreună.
Această relație simbiotică a condus la evoluția împreună a celor două organisme și, în cele din urmă, bacteriile au devenit organele numite mitocondrii. Fiecare celulă din corpul dvs., cu excepția celulelor roșii din sânge, are un număr mare de mitocondrii și acestea sunt esențiale pentru procesul de respirație.
Ele descompun oxigenul pentru a produce o moleculă numită adenozin trifosfat, pe care organismele multicelulare le folosesc pentru a alimenta procesele celulare.

Știm că există adaptări care permit unor organisme să prospere în condiții cu un nivel scăzut de oxigen sau hipoxic. Unele organisme unicelulare au evoluat organitele asociate mitocondriilor pentru metabolismul anaerob; dar posibilitatea unor organisme multicelulare anaerobe exclusiv a fost subiectul multor dezbateri științifice.
Adică până când o echipă de cercetători condusă de Dayana Yahalomi de la Universitatea Tel Aviv din Israel a decis să arunce o privire asupra unui parazit comun al somonului numit Henneguya salminicola.
Este un cnidar, aparținând aceluiași filon ca coralii, meduzele și anemonele. Deși chisturile pe care le creează în carnea de pește sunt inestetice, paraziții nu sunt dăunători și vor trăi cu somonul pe întreg ciclul său de viață.
Acoperit în interiorul gazdei sale, micul cnidarian poate supraviețui în condiții destul de hipoxice. Dar exact cum face acest lucru este dificil de știut fără a privi ADN-ul creaturii – așa că au făcut cercetătorii.
Ei au folosit secvențiere profundă și microscopie fluorescentă pentru a efectua un studiu atent asupra H. salminicola și au descoperit că și-a pierdut genomul mitocondrial. În plus, a pierdut și capacitatea de respirație aerobă și aproape toate genele nucleare implicate în transcrierea și replicarea mitocondriilor.
La fel ca organismele unicelulare, acestea au evoluat organitele legate de mitocondrie, dar și acestea sunt neobișnuite – au pliuri în membrana interioară care nu se văd de obicei.
Cu aceleași metode de secvențiere, un parazit de pește cnidarian, Myxobolus squamalis, a fost utilizat ca martor și a arătat clar un genom mitocondrial.
Aceste rezultate arată că, în cele din urmă, este un organism multicelular care nu are nevoie de oxigen pentru a supraviețui.

Exact cum supraviețuiește este încă un mister. Ar putea lua adenozina trifosfat de la gazda sa, dar aceasta urmează a fi stabilit.
Dar pierderea este destul de consistentă având o tendință generală a acestor creaturi – una de simplificare genetică. În mulți ani, mulți ani, ei s-au transformat dintr-un strămoș de meduze cu viață liberă în parazitul mult mai simplu pe care îl vedem astăzi.
Au pierdut cea mai mare parte a genomului original al meduzei, dar păstrând – ciudat – o structură complexă asemănătoare celulelor înțepătoare al acesteia. Nu le folosește pentru a înțepă, ci pentru a se lipi de gazdele lui: o adaptare evolutivă de la nevoile meduzelor în viață liberă la cele ale parazitului. Le puteți vedea în imaginea de mai sus – sunt chestiile care arată ca ochii.
Descoperirea ar putea ajuta pescarii să își adapteze strategiile pentru a face față parazitului; deși este inofensiv pentru oameni, nimeni nu vrea să cumpere somon plin de chisturi ciudate.
Dar este, de asemenea, o descoperire care să ne ajute să înțelegem cum funcționează viața.
„Descoperirea noastră confirmă faptul că adaptarea la un mediu anaerob nu este unică pentru eucariote unicelulare, ci a evoluat și într-un animal parazitar multicelular”, au scris cercetătorii în lucrarea lor.
„Prin urmare, H. salminicola oferă o oportunitate pentru înțelegerea tranziției evolutive de la un metabolism aerob la unul anaerobic exclusiv”.