Ученые зафиксировали слияние бактерии и водоросли в единый организм: азотфиксирующий микроорганизм, который существовал отдельно, перешел в клетки водоросли и стал ее «внутренним органом» — органеллой.
Биологи обнаружили, что водоросли Braarudosphaera bigelowii поглотили цианобактерию UCYN-A, которая «захватывает» азот прямо из воздуха и комбинирует его с другими элементами для создания полезных для клеток соединений. Азот является ключевым питательным веществом, но обычно растения и водоросли получают его посредством симбиотических отношений с бактериями, которые остаются отдельными.
Сначала считалось, что у B. bigelowii происходят подобные симбиотические отношения UCYN-A. Но при детальном анализе ученые обнаружили, что между организмами возникла гораздо более близкая связь. В серии исследований ученые показали, что бактерии растут вместе с клетками водорослей, а репликация и деление клеток у этих организмов точно синхронизирована.
Рентгеновские изображения Braarudosphaera bigelowii на разных стадиях деления клеток. Деление нитропласта (голубой) синхронизировано с другими процессами в клетке. Изображение: Valentina Loconte/Berkeley Lab
Наконец, ученые сравнили белки, которые производит изолированная UCYN-A, с белками внутри клеток водорослей. Они обнаружили, что бактерия утратила часть способностей и может производить только половину необходимых ей белков, все остальное обеспечивает хозяин.
Это один из признаков перехода от эндосимбионта к органелле. 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.
Подобное событие происходит очень редко, например, считается, что около 2,2 млрд лет назад архея поглотила бактерию, ставшую митохондрией — клеточной электростанцией. Это стало началом для развития многоклеточной жизни. Другой описанный случай произошел примерно 1,6 млрд лет назад с хлоропластами и привел к появлению на Земле растений.
При эндосимбиозе 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 потеряет способность выживать самостоятельно и не станет зависимой от клеток хозяина органеллой.
У UCYN-A такая трансформация видимому заняла около 100 млн лет. Исследователи планируют продолжить изучение нитропластов, чтобы выяснить, присутствуют ли они в других клетках и какие эффекты они могут оказывать
