Syracuse'i Ülikooli mikrobioloogid Beryl Rappaport ja Angela Oliverio kogusid aastatel 2023–2025 vee- ning setteproove Põhja-Californias asuvast Lasseni vulkaanilisest rahvuspargist. Kui töörühm proove laboris kuumutas, suutis üks sealt leitud organismidest elutegevust jätkata temperatuuril, mis tappis kõik teised teised keeruka rakuarhitektuuriga olendid. Rappaport ütles väljaandele Live Science, et tulemus üllatas teadlasi sedavõrd palju, et sundis neid kontrollima, kas labori inkubaatorite näidud vastavad ikka tõele.

Bioloogid jagavad kogu maise elu ehituse järgi kaheks suureks rühmaks. Bakterid ja arhed kuuluvad eeltuumsete hulka ning pisikesed rakud ei sisalda tuuma ega membraanide sees asuvaid rakuosi. Lihtne siseehitus lubab arhedel trotsida isegi 122-kraadist kuumust, sest rakus leidub vähem õrnu masinavärke, mida kõrge temperatuur lõhkuda saaks. Taimed, loomad, seened ja amööbid kuuluvad seevastu päristuumsete sekka, mis hoiavad oma pärilikkusainet rakutuumas. Ühtlasi sõltuvad nad raku sees töötavatest jõujaamadest ehk mitokondritest.

Kõrgel temperatuuril hakkavad päristuumsetele eluks vajalikud valgud lagunema ja nende raku sisemembraanid sulama. Teadlased eeldasid üle poole sajandi, et päristuumsete rakkude membraanid kaotavad oma stabiilsuse heal juhul 62 kraadi juures. Ametlik taluvuspiir jäi madalama 60 kraadi juurde, milleni küündisid vaid mõned üksikud kuumalembesed seened ja punavetikad. Amööbide seast hoidis rekordit liik Echinamoeba thermarum, mis kasvab kuni 57-kraadises vees.

Incendiamoeba cascadensis nihutas nüüd kogu päristuumsete rühma taluvuspiiri kolme kraadi võrra kõrgemale. Laborikatsed näitasid, et ainurakne eelistab elada 55–57-kraadises keskkonnas ja lõpetab kasvu, kui temperatuur langeb alla 42 kraadi. Jahedam vesi võtab tuliamööbilt paljunemisvõime. Teises äärmuses pooldub rakk veel 63 kraadi juures ja liigub toitu otsides ringi ka 64-kraadises vees.

Tuliamööbi eluviisi uurimiseks värvis töörühm raku sisemuse helendavate ainetega ja jälgis seda soojendusega mikroskoobi all. Kui teadlased tõstsid temperatuuri 70 kraadini, tõmbusid amööbid viie minutiga ümmarguseks palliks ja ehitasid enda ümber tugeva kaitsekesta. Kui uurijad vee maha jahutasid, ärkasid tardunud rakud uuesti elule. Lõplikult tappis tuliamööbi alles 80-kraadine kuumus.

Looduses toitub tuliamööb niitjatest bakteritest, mis taluvad kuni 70-kraadist vett. Amööb haarab pikliku bakteri oma raku väljasopistise vahele, murrab saagi jõuga pooleks ja voldib raku sees tihedaks puntraks. Kuumaveelistes ojades vahelduvad temperatuurid juba mõne sentimeetri lõikes, mistõttu muudab I. cascadensis oma kuju pidevalt. Pikliku ussikese vormis liigub rakk kiiresti ja otsejoones edasi, laiema amööbina kammib aga toitu otsides läbi suuremat pinda.

Rutgersi Ülikooli evolutsioonibioloog Debashish Bhattacharya selgitas Live Science'ile, et bakterid saavad kuumaga kohanedes haarata keskkonnast teiste eeltuumsete DNA-d ja oma genoomis käigupealt muudatusi teha. Päristuumne rakk hoiab seevastu oma pärilikkusainet rakutuumas luku taga ega saa võõraid geene sellisel viisil endale napsata. Bhattacharya lisas, et päristuumne organism pidi kuumaga kohanemiseks läbima kordades pikema evolutsioonilise teekonna.

Lisaks järjestasid Syracuse'i teadlased tuliamööbi 48 miljoni aluspaari pikkuse genoomi. Kui uurijad võrdlesid 48- ja 61-kraadises vees kasvanud amööbe, nägid nad, et kuuma käes avaldub rakus terve hulk kaitsva mõjuga geene. Amööb toodab ohtralt valke stabiliseerivaid šaperone, parandab jooksvalt DNA-d ja tugevdab membraanide transporti. Rakk tõmbab 61 kraadi juures koomale ka oma tavapärase ainevahetuse ja suunab ressursid endaelus hoidmiseks.

Amööbi valkude ehitust aitasid uurijatel analüüsida tehisarumudelid AlphaFold2 ja TemBERTure. Arvutused näitasid, et tuliamööbi valgud kaotavad kuumas oma vormi keskmiselt neli kraadi kõrgemal temperatuuril kui tavalise sugulasliigi omad, kusjuures rakk sisaldab viis korda rohkem üle 60-kraadist kuuma taluvaid valke.

Rappaport selgitas, et amööb hoiab valke koos sama nipiga, mida kasutavad keevas vees elavad bakterid ja arhed. Tuliamööb katab oma valkude välispinna positiivse laenguga aminohappe arginiiniga, mis tekitab molekuli ümber staatilise elektrilise kilbi ega lase valkudel kuumas kämpu kleepuda.

Kuumalembeste organismide vastupidavad valgud pakuvad autorite kinnitusel huvi nii meditsiinile kui ka tööstuslikule biotehnoloogiale. Töörühm kammis läbi üle 31 000 üle kogu maailma kogutud keskkonnaproovi, et kontrollida, kas tuliamööbe elab ka väljaspool Californiat.

Otsing paljastas sama liigi DNA-jäljed Uus-Meremaal asuvast Taupo vulkaanilisest piirkonnast, kus vesi ulatub 62 kraadini, ning liigi lähisugulaste geenid Yellowstone'i rahvuspargi kuumaveeallikatest. Tulemus osutab, et maapõue kuumuses võib elada veel hulk seni tundmatuid päristuumseid liike ja tööstusele kasulikke molekule.

NASA eksobioloogia programmijuht Alison Olcott märkis kosmoseagentuuri pressiteates, et uuring avardab teadmisi maise elu biokeemilistest piiridest. Olcotti sõnul annab tuliamööb astrobioloogidele ka uusi suuniseid, kust ja kui keerukat elu tasub Päikesesüsteemis või kaugemal otsida. Rappaport hoiatas samas, et pelgalt sobiva tempratuuri põhjal kaugeleulatuvaid järeldusi ei piisa. Amööb vajab eluks ka õiget happesust, rõhku, hapnikutaset, vett ja toiduks teisi mikroobe.

Autorid tunnistasid, et tööl on omad tehnilised kitsaskohad. Bioloogid ei oska tuliamööbi geene laboris veel ükshaaval sisse ja välja lülitada, mistõttu ei saa nad katseliselt kontrollida iga üksiku geeni rolli. Enam kui 70 protsendi kuumuses aktiveeruvate geenide täpne ülesanne jääb teadlastele siiani tundmatuks. Arvutused valkude kuumataluvuse ja ruumilise kuju kohta põhinevad esialgu arvutiprogrammide ennustustel, mida teadlased peavad edaspidi katseklaasis kontrollima.

Pariisi riikliku loodusloomuuseumi mikrobioloog Adrienne Kish ütles, et ebatavalistest paikadest leiabki ebatavalist elu, mistõttu peavad teadlased Maa äärmuslikke keskkondi edasi uurima.

Tuliamööbi saab laboris vähese vaevaga kasvatada ja rakk annab bioloogidele mugava mudelorganismi. Rappaport avaldas teadusartiklis lootust, et Incendiamoeba cascadensis murrab teaduses psühholoogilise barjääri nagu esimene sportlane, kes jooksis miili alla nelja minuti. Kui üks jooksja piiri ületas, kordasid teised saavutust juba mõne nädala jooksul, ning Rappaport ootab samasugust lainet ka kuumalembeste päristuumsete otsingutel.

Teadlased kirjeldavad oma leidu ajakirjas Cell.