Досега единствените форми на живот, за които се смяташе, че извличат азот от въздуха и го превръщат в биологично полезна форма, бяха бактериите и археите.
Но сега за първи път е открита такава специална машина за амоняк в едноклетъчно океанско водорасло, което от списъка на еукариотите – организми с ограничени с мембрана структури, наречени органели, съобщават изследователи в статия, наскоро публикувана в списание Science.
Тази машина за амоняк, казват учените, някога е била бактерия, която е започнала да живее във водораслото преди около 100 милиона години и оттогава се е превърнала във фабрика за събиране и преработка на азот за своя гостоприемник. Някога симбионт, сега е един от многото органели на клетката.
Фиксирането на азот, при което атмосферният азотен газ се превръща в амоняк, е важен процес за живота. Организмите се нуждаят от достъп до азотсъдържащи съединения, за да синтезират основни биохимикали. Бактериите и археите, които имат тази способност, често преработват този газ в почвата или във водна среда като океана.
Една такава бактерия, наречена UCYN-A, е много разпространена в световните океани и е важна за фиксирането на азота в океана, разказва морският еколог Джонатан Зер (Jonathan Zehr) от Калифорнийския университет в Санта Круз. Известно е също, че тези бактерии са симбионти, живеещи в едноклетъчните водорасли Braarudosphaera bigelowii и техните роднини.
Въпреки това, границата между симбионт и органел може да бъде размита. Джонатан Зер и колегите му се стремят да разберат по-добре къде попада UCYN-A в този спектър.
Използвайки рентгенови изображения, екипът за първи път научава, че когато клетките на водораслите се делят, всичките им органели се подреждат в една линия и се редуват да се делят в добре дефинирана последователност.
"Този симбионт участва в тази последователност", отбелязва морският биолог Тайлър Коул (Tyler Coale), също от Калифорнийския университет в Санта Круз. "Някак си получава сигнал за разделяне точно навреме с другите органели."
Изследователите открират, че нитропластите се подреждат и делят точно като всеки друг органел в клетката на водораслите. Тук е показана поредица от меки рентгенови томографски изображения, илюстриращи деленето на клетките и органелите в клетката на водораслите гостоприемник (прогресиращи отляво надясно). Светло лилаво са хлоропластите, тъмно лилаво е клетъчното ядро на водораслите, зелено са митохондриите, а циан е нитропласта. Кредит: Valentina Loconte
След това изследователите анализираха пълните набори от генетични инструкции и протеини - геномите и протеомите - направени от водораслите и симбионтите UCYN-A.
"Около половината от протеините, които физически присъстват в този симбионт, са получени от генома на гостоприемника", обяснява Коул.
Тези допълнителни протеини изглежда запълват празнини в ключовите метаболитни пътища на бактерията, което предполага, че тя разчита на протеините на клетката на водораслите, за да функционира.
В съответствие с това много от бактериалните протеини съдържат специални аминокиселинни вериги. Молекулярният биолог Джон Арчибалд (John Archibald), който не е участвал в работата, ги описва като "пощенски марки" за трафик на протеини в клетката. Подобна система съществува за насочване на протеини, които са кодирани от генома на клетката гостоприемник в митохондриите и хлоропластите - органели, за които се смята, че са еволюирали от симбиотични микроби.
"Данните ясно показват, че двете клетки са еволюирали заедно от известно време, коментира Арчибалд от Университета Далхаузи в Халифакс, Нова Скотия.
Изследователите твърдят, че всички тези характеристики показват, че UCYN-A не е просто симбионт, а е еволюирал в органел, наречен нитропласт.
"Вносът на протеини е достоверна улика", подчертава Оливър Каспари (Oliver Caspari), молекулярен биолог от Университета в Бон, Германия, който не е участвал в проучването. Този внос предполага известна степен на взаимозависимост, която маркира бактерията като органел, обяснява Каспари.
Нитропластът е един от четирите известни случая на симбиотични микроби, еволюирали във винтче в клетъчната машина на гостоприемника. По-специално, хлоропластите и митохондриите са еволюирали от микробни симбионти преди около 2 милиарда години. Предишни изследвания върху еволюционната история на UCYN-A са показали, че връзката му с водораслите е много по-нова - на около 100 милиона години.
Това означава, че нитропластите могат да предоставят моментна снимка на това как митохондриите и хлоропластите са еволюирали в органели. Изследователите отдавна смятат, че този процес включва симбионтни геноми, мигриращи в ядрения геном на гостоприемника, но изглежда няма доказателства за това в нитропластите, посочва Коул. Вместо това геномът на гостоприемника може да поддържа симбионта до такава степен, че собственият геном на симбионта да отмре.
"Ако гените са насочени и техните протеини се внасят в тези органели, тогава техните геноми могат да загубят тези гени", разказва Коул. "Може би това е механизмът, по който симбионтите се опитомяват."
Справка: T.H. Coale et al. Nitrogen-fixing organelle in a marine alga. Science. Vol. 384, April 12, 2024, p. 217. doi: 10.1126/science.adk1075.
Източник: This marine alga is the first known eukaryote to pull nitrogen from air, Science News
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари