В мире морской биологии существуют организмы, которые бросают вызов нашим представлениям о границах между царствами живого. Один из таких удивительных существ - Elysia chlorotica, морской брюхоногий моллюск, которого часто называют «солнечным слизнем» или «ходячим листом». Это создание совершило невероятное: оно не просто питается водорослями, а присваивает их фотосинтетический аппарат и начинает жить за счет солнечной энергии, как растение.
Элизию хлоротику легко принять за кусочек морского салата. Молодые особи имеют коричневатую окраску с красными пятнами, но по мере «встраивания» хлоропластов их тело становится ярко-зеленым благодаря пигменту хлорофиллу. Форма тела уплощенная, с парными выростами — параподиями, которые расправляются подобно листьям, максимально увеличивая площадь для улавливания солнечного света. В длину этот моллюск достигает всего 3-6 см.
Феномен, демонстрируемый Elysia chlorotica, называется клептопластика (от греч. klepto «воровать»). Это процесс, при котором организм забирает и сохраняет функционирующие хлоропласты (органеллы, осуществляющие фотосинтез) из съеденных водорослей и использует их в своих целях.
Процесс происходит в несколько этапов. Слизень питается нитчатой желто-зеленой водорослью Vaucheria litorea, прокусывая ее клеточную стенку. В пищеварительном тракте моллюска хлоропласты из водоросли извлекаются целыми и невредимыми. Пищеварительные клетки слизня распознают и не переваривают эти органеллы.
Хлоропласты мигрируют в специализированные клетки, выстилающие пищеварительную железу, которая разветвлена по всему телу моллюска прямо под кожей.
Украденные хлоропласты продолжают активно фотосинтезировать внутри клеток слизня на протяжении многих месяцев (до 9-10 месяцев, практически всей жизни взрослой особи!). Продукты фотосинтеза (сахара и углеводы) передаются моллюску, обеспечивая его автотрофным питанием.
Самое удивительное в этой истории - не сам факт кражи, а то, как слизень поддерживает жизнь хлоропластов. Хлоропласты содержат только часть собственной ДНК. Для своей работы (синтеза белков, деления, восстановления) им необходимы гены, находящиеся в ядре клетки водоросли.
И здесь происходит нечто фантастическое. Исследования показали, что в ДНК самого Elysia chlorotica присутствуют гены, «позаимствованные» у водоросли в процессе горизонтального переноса генов. Эти гены кодируют белки, необходимые для ремонта и поддержания фотосинтетического аппарата хлоропластов. Таким образом, слизень не только крадет «солнечные батареи», но и крадет инструкции по их обслуживанию, встраивая их в свой собственный геном. Это один из редчайших и ярчайших примеров функционального горизонтального переноса генов между многоклеточными организмами.
Солнечные слизни обитают в солоноватых болотах, приливных заводях и мелководьях вдоль атлантического побережья Северной Америки.
Будучи гермафродитами, они откладывают яйца весной, после чего взрослые особи часто погибают. Молодь вылупляется без хлоропластов и начинает питаться водорослями, запуская процесс их интеграции.
Elysia chlorotica - модель для изучения симбиоза, горизонтального переноса генов и потенциальных путей биотехнологического использования фотосинтеза. Ученые надеются, что понимание этих механизмов однажды сможет помочь, например, в разработке новых методов повышения урожайности сельскохозяйственных культур или создания биогибридных систем.
Элизия хлоротика - это живой мост между животным и растительным миром, наглядная демонстрация того, что эволюция может идти самыми причудливыми путями.
Ну а мы с вами хлоропластов не имеем, но на солнышко тоже хочется, поэтому приглашаю вас в конце марта в солнечную Андалусию!