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.
Ученые выяснили, почему в геологической летописи Земли есть гигантская дыра
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, связывает Великое несогласие — разрыв в геологической летописи, составляющий сотни миллионов лет (местами более миллиарда), — с континентами, которые медленно поднимались и опускались. По…
Ученые выяснили, как тот или иной вкус становится любимым
Медленный сигнал дофамина помогает мышам научиться отдавать предпочтение вкусам, связанным с калориями, что дает представление о том, как формируются пищевые предпочтения. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature. Кофе может…
Анализ ДНК установил связь 7000-летней козьей кожи и современных иберийских коз
Археологи на юге Испании извлекли пригодную для анализа ДНК из фрагмента козьей кожи возрастом около 7000 лет. Работа, опубликованная в журнале PLOS One, была проведена под руководством Джолин Эрвен из…
МО: за ночь над регионами России сбили 411 украинских БПЛА
Российские средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 411 украинских БПЛА над регионами РФ и акваториями Азовского и Черного морей. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи…
ВС России поразили в Киеве и области объекты энергетики, обеспечивающие ВСУ
Российские военнослужащие нанесли удары, в результате которых поражены объекты военно-промышленного комплекса, энергетики, транспортной инфраструктуры в Киеве и области. Об этом сообщили в Минобороны России. "Сегодня ночью Вооруженными силами Российской Федерации…
Шуваев: за сутки в Белгородской области от атак ВСУ пострадали шесть человек
Вооруженные силы Украины (ВСУ) атаковали территорию Белгородской области 101 раз за минувшие сутки. В результате атак шестей мирных жителей получили ранения, сообщил губернатор региона Александр Шуваев в "Максе". "За минувшие…
Европа умудрилась скрестить русофобию с аэрофобией
Европейская авиация не может взлететь: регион скован сообщениями о лжеминировании самолетов. Предупр...
Ученые обнаружили скрытую закономерность в хаотическом магнитном поле Солнца
Магнитное поле солнечного ветра искажается в одну сторону на одном масштабе и в другую сторону на ме...
Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.
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)".