Считалось, что за 3,5 миллиарда лет, прошедших с момента появления жизни на Земле, некогда свободноживущие бактерии сливались с другими организмами всего три раза, что делало это чрезвычайно редким эволюционным событием. Теперь был обнаружен четвертый пример — у одноклеточной водоросли, распространенной в океанах.
Считалось, что эти водоросли «фиксируют» азот – превращают атмосферный азот в полезный аммиак – с помощью бактерий. Тайлер Коул из Калифорнийского университета в Санта-Крузе и его коллеги теперь показали, что эта бактерия превратилась в новую клеточную структуру или органеллу.
По словам Коула, это первая известная органелла, фиксирующая азот, или нитропласт, и она может стать ключом к успеху этих водорослей. «Похоже, для них это успешная стратегия», — говорит он. «Это очень распространенные водоросли. Мы находим их во всех океанах мира».
Один вид довольно часто живет внутри клеток другого во взаимовыгодных отношениях, называемых эндосимбиозом. Например, клетки корней бобовых, таких как горох, содержат азотфиксирующие бактерии. Успех тараканов отчасти обусловлен эндосимбиотическими бактериями, которые производят необходимые питательные вещества. Некоторые клетки даже содержат несколько эндосимбионтов.
Хотя эндосимбиотические отношения могут стать очень близкими, почти во всех случаях организмы остаются разными. Например, бобовые приобретают корневые бактерии из почвы. И хотя бактерии тараканов передаются через яйца, они живут в специализированных клетках, а не в каждой клетке.
Но в трёх случаях эндосимбионты слились со своими хозяевами и стали их фундаментальной частью. Производящие энергию митохондрии возникли в результате слияния бактерии с другой простой клеткой, образовав сложные клетки, давшие начало животным, растениям и грибам.
Растения возникли, когда цианобактерия объединилась со сложной клеткой, образовав хлоропласт — органеллу, осуществляющую фотосинтез. А около 60 миллионов лет назад другая цианобактерия слилась с амёбой, образовав другую фотосинтетическую органеллу, называемую хроматофором, обнаруженную лишь у нескольких видов Paulinella.
Уже более десяти лет подозревали, что цианобактерия, известная как UCYN-A, живущая в одноклеточной водоросли Braarudosphaera bigelowii, стала органеллой. Однако изучение этого партнерства было трудным, пока член команды Кёко Хагино из Университета Коти в Японии не нашел способы сохранить B. bigelowii живым в лаборатории.
Это позволило команде использовать метод, называемый мягкой рентгеновской томографией, чтобы наблюдать, что происходит при делении клеток водорослей. В результате было обнаружено, что UCYN-A делится вместе с клеткой водоросли, при этом каждая дочерняя клетка наследует один UCYN-A. «Мы не знали, как до этого поддерживалась эта ассоциация», — говорит Коул.
Команда также обнаружила, что около половины из 2000 различных белков внутри UCYN-A происходят от водоросли-хозяина, а не производятся внутри UCYN-A.
Многие из импортированных белков помогают UCYN-A фиксировать азот, говорит Коул. «Я думаю, что клетки водорослей стимулируют его производить больше азота, чем ему необходимо».
По-видимому, существует также специализированная система доставки белков в UCYN-A, как и в другие органеллы. Все импортированные белки имеют дополнительную секцию, которая считается «адресной меткой», обозначающей их для доставки в UCYN-A.
Не существует общепринятого определения органеллы, говорит Джефф Элхай из Университета Содружества Вирджинии, но многие биологи считают ключевым моментом скоординированное деление и импорт белков.
«Оба флажка отмечены Коулом», — говорит Эльхай. «Даже сторонникам семантической чистоты UCYN-A следует рассматривать как органеллу, соединяющую митохондрии, хлоропласты и хроматофоры».
Производство и использование азотных удобрений является основным источником выбросов парниковых газов, а также расходами для фермеров. Поэтому существует большой интерес к модификации сельскохозяйственных растений, чтобы они могли фиксировать собственный азот, как это делают бобовые.
Одним из способов добиться этого было бы оснащение их клеток нитропластами, и Эльхай предложил, как это можно сделать. Но UCYN-A не является хорошей отправной точкой, поскольку он слишком зависит от B. bigelowii, говорит он.
Вместо этого Эльхай предполагает начать с цианобактерий, которые только начали превращаться в нитропласты и не зависят от импортных белков, поэтому их можно легко добавлять к широкому спектру сельскохозяйственных растений.
Тем не менее, Эльхай согласен с Коулом в том, что изучение B. bigelowii может помочь нам понять, как интегрировать фиксацию азота в растительную клетку.
Сибирь помогла динозаврам победить, и учёные теперь знают, как именно
Динозавры стали покорителями Земли не только благодаря своей силе и выносливости. Этой экспансии способствовал арктический холод, вулканические зимы и гигантский суперконтинент Пангея. Это утверждают эксперты из команды международных исследователей под…
В карте Вселенной 47 млн галактик, но тайна темной энергии все еще сохраняется
Ученые завершили создание крупнейшей в мире трехмерной карты Вселенной с высоким разрешением, зафиксировав более 47 миллионов галактик и ярких систем черных дыр. Карта превращает далекий свет в летопись космического расширения…
Супервулкан Йеллоустоун может подпитываться совсем не так, как считалось
Знаменитый Йеллоустонский супервулкан, скорее всего, подпитывается совершенно иначе, чем предполагали многие учёные. Новое исследование показывает, что вулканическая активность Йеллоустоуна на самом деле вызвана сдвигами в земной коре, а не глубоким…
МО: за ночь над регионами России уничтожено 289 украинских БПЛА
Средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили над российскими регионами 289 украинских беспилотников, сообщили в Минобороны РФ. Три человека пострадали в результате атаки украинских БПЛА на Чебоксары. В промзоне…
Мирошник: за неделю 34 мирных жителя России погибли от ударов ВСУ, еще 166 были ранены
Удары ВСУ за минувшую неделю унесли жизни 34 жителей российских регионов, в том числе двоих детей, еще почти 170 человек, включая 8 несовершеннолетних, получили ранения. Такие данные сообщил ТАСС посол…
Мирошник: ВСУ на неделе ежедневно до 130 раз атаковали Белгородскую область при помощи БПЛА
Вооруженные силы Украины на минувшей неделе ежедневно били по территории Белгородской области при помощи БПЛА - от 100 до 130 раз, сообщил ТАСС посол по особым поручениям МИД России Мирошник.…
Зеленский учит Пашиняна разрыву связей с Россией
Армения принимает у себя крупный саммит, призванный продемонстрировать сближение страны с Брюсселем....
Расшифрованные логограммы раскрыли состав микенских аромамасел бронзового века
Исследователи расшифровали значение ранее неразгаданных знаков в письме линейного письма Б, раскрыв ...
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".