Ученые зафиксировали эволюционное событие, происходящее раз в миллиард лет: две формы жизни слились в один организм, обладающий способностями, которым позавидовали бы его сородичи. Об этом пишет New Atlas.
Явление называется первичным эндосимбиозом. Оно возникает, когда один микробный организм поглощает другой и начинает использовать его как внутренний орган. В обмен клетка-хозяин обеспечивает симбиота питательными веществами, энергией, защитой и другими преимуществами, пока, в конце концов, он не перестанет выживать самостоятельно и, по сути, не станет органом хозяина или тем, что называют «органеллой в микробных клетках».
Представьте себе мир, в котором человеческие почки — это маленькие бегающие животные и людям приходится вручную фильтровать свою кровь через специальный аппарат для диализа. И вот однажды такая почка неожиданно оказывается внутри человека — аппарат для диализа ему больше не нужен. Его дети тоже получают почку, а после все люди рождаются с этими полезными «зверятами» внутри себя. Звучит странно, но источник пишет, что подобное описание хорошо демонстрирует процесс, который наблюдали ученые.
Считается, что за 4 миллиарда с лишним лет истории жизни на Земле первичный эндосимбиоз случался всего дважды. Каждый раз за этим следовал огромный прорыв в эволюции. Первый случай произошел около 2,2 миллиарда лет назад, когда архея проглотила бактерию, которая стала митохондриями. Эта специализированная органелла, производящая энергию, позволила развиваться практически всем сложным формам жизни.
Второй случай произошел около 1,6 миллиарда лет назад, когда некоторые из более продвинутых клеток поглотили цианобактерии, способные собирать энергию солнечного света. Они стали органеллами, получившими название хлоропласты. В итоге появились зеленые растения, получающие энергию от солнечного света.
Теперь ученые обнаружили, что это происходит снова. Вид водорослей под названием Braarudosphaera bigelowii поглотил цианобактерию UCYN-A, которая позволяет им делать то, что водоросли и растения обычно делать не могут — фиксировать азот прямо из воздуха и комбинировать его с другими элементами для создания более полезных соединений.
Азот — ключевое питательное вещество. Обычно растения и водоросли получают его за счет симбиотических отношений с бактериями. Они взаимодействуют, но не объединяются. В свежем исследовании ученые обнаружили, что соотношение размеров водорослей и UCYN-A остается одинаковым для разных родственных видов водорослей. Их рост, по-видимому, контролируется обменом питательных веществ, что приводит к связанному метаболизму. «Именно это происходит с органеллами , — уточняет Джонатан Зер, автор исследования. — Если вы посмотрите на митохондрии и хлоропласты, то увидите то же самое: они масштабируются вместе с клеткой».
Специалисты использовали мощную технику рентгеновской визуализации, чтобы увидеть внутреннюю часть живых клеток водорослей. Технологии показали, что репликация и деление клеток были синхронизированы между хозяином и симбиотом — еще одно свидетельство первичного эндосимбиоза в действии. Ученые также сравнили белки изолированного UCYN-A с белками внутри клеток водорослей. Они обнаружили, что изолированная бактерия может производить только половину необходимых ей белков, а остальное обеспечивает водоросль-хозяин.
«Это один из признаков перехода от эндосимбионта к органелле, — уточняет Зер. — Они начинают выбрасывать кусочки ДНК, их геномы становятся все меньше и меньше, и они начинают зависеть от материнской клетки в плане транспортировки этих генных продуктов — или самого белка — в клетку».
В целом, по мнению команды исследователей, увиденное указывает на то, что UCYN-A представляет собой полноценную органеллу, получившую название нитропласт. Похоже, что они начали развиваться около 100 миллионов лет назад, что звучит невероятно долго, но это мгновение ока по сравнению с митохондриями и хлоропластами. Изучение нитропластов на закончено. Ученые хотят выяснить, присутствуют ли они в других клетках и какие эффекты они могут оказывать. Научные прорывы в этой сфере помогут улучшить существующие сельскохозяйственные культуры.
Ранее ученые обнаружили первый в природе молекулярный фрактал.