Аналогічна еволюційна подія близько мільярда років тому призвела до появи фотосинтезувальних рослин. Дослідження опубліковано в журналах Cell і Science.
Учені зафіксували злиття бактерії та водорості в єдиний організм: азотфіксувальний мікроорганізм, що існував окремо, перейшов у клітини водорості та став її “внутрішнім органом” – органелою.
Біологи виявили, що водорості Braarudosphaera bigelowii поглинули ціанобактерію UCYN-A, яка “захоплює” азот прямо з повітря і комбінує його з іншими елементами для створення корисних для клітин сполук. Азот є ключовою поживною речовиною, але зазвичай рослини і водорості отримують його за допомогою симбіотичних стосунків з бактеріями, які залишаються окремими.
Спочатку вважалося, що у B. bigelowii відбуваються подібні симбіотичні відносини UCYN-A. Але під час детального аналізу вчені виявили, що між організмами виник набагато ближчий зв’язок. У серії досліджень вчені показали, що бактерії ростуть разом із клітинами водоростей, а реплікація та поділ клітин у цих організмів точно синхронізовані.
Рентгенівські зображення Braarudosphaera bigelowii на різних стадіях поділу клітин. Поділ нітропласта (блакитний) синхронізований з іншими процесами в клітині. Зображення: Valentina Loconte/Berkeley Lab
Нарешті, вчені порівняли білки, які виробляє ізольована UCYN-A, з білками всередині клітин водоростей. Вони виявили, що бактерія втратила частину здібностей і може виробляти тільки половину необхідних їй білків, все інше забезпечує господар.
Це одна з ознак переходу від ендосимбіонта до органели. Вони починають викидати шматочки ДНК, їхні геноми стають дедалі меншими і меншими, і вони починають залежати від материнської клітини в плані транспортування цих генних продуктів – або самого білка – у клітину.
Подібна подія відбувається дуже рідко, наприклад, вважається, що близько 2,2 млрд років тому архея поглинула бактерію, яка стала мітохондрією – клітинною електростанцією. Це стало початком для розвитку багатоклітинного життя. Інший описаний випадок стався приблизно 1,6 млрд років тому з хлоропластами і призвів до появи на Землі рослин.
При ендосимбіозі один мікробний організм поглинає інший і починає використовувати його як внутрішній орган. Натомість клітина-господар забезпечує симбіота поживними речовинами, енергією, захистом та іншими перевагами, доки, врешті-решт, він не втратить здатності виживати самостійно і не стане залежною від клітин господаря органелою.
В UCYN-A така трансформація, мабуть, зайняла близько 100 млн років. Дослідники планують продовжити вивчення нітропластів, щоб з’ясувати, чи присутні вони в інших клітинах і які ефекти вони можуть чинити.