Elképesztő felfedezés: évmilliárdok óta nem történt hasonló

Föld

Fotó: UniversalImagesGroup

Legalább egymilliárd éve nem látott esemény tanúja lehetett egy kutatócsoport: megfigyelték az elsődleges endoszimbiózisnak nevezett folyamatot, amely során két életforma egyesülésével egy teljesen új élőlény jön létre. A felfedezés azért jelentős, mert egy ilyen evolúciós ugrás eredményeképpen alakulhattak ki a komplexebb növények, amelyek aztán örökre megváltoztatták bolygónk arcát.

A most megfigyelt elsődleges endoszimbiózis egy gyakori algafaj és egy baktérium között jött létre. Ez az esemény arra az evolúciós ugrásra emlékeztet, amely utoljára egymilliárd éve történt, és lehetővé tette az összetettebb növények elterjedését. 

A kutatás során vizsgált alga és a bekebelezett, sejtszervecskévé vált baktérium (fekete nyíllal jelölve)
Fotó: Tyler Coale

Az áttörést két nagy presztízsű folyóiratban, a Cell és a Science magazinban jelentették be.

A nagy evolúciós áttörés

Elsődleges endoszimbiózis akkor történik, amikor egy mikroszkopikus élőlény bekebelez egy másikat. Az elfogyasztott organizmus azonban nem emésztődik meg, hanem gyakorlatilag a gazdasejt részévé válik, amely tápanyagokat, energiát és védelmet nyújt számára. Idővel az endoszimbionta már nem lesz képes önállóan életben maradni, a bekebelezett élőlény a gazdasejt elválaszthatatlan részévé válik, sejtszervecskévé (más néven organellummá) alakul.

Nagyon ritka, hogy az ilyen típusú dolgokból organellumok keletkezzenek. Amikor először történt ilyen, akkor annak eredményeképpen jött létre Földünkön az összetett élet

 - magyarázta a kiadott közleményben Tyler Coale, a Cell folyóiratban megjelent publikáció társszerzője, a Santa Cruz-i Kaliforniai Egyetem munkatársa.

A kutatók szerint elsődleges endoszimbiózis eddig mindössze néhány alkalommal fordult elő a Föld történetében. Az elsőre 2,2 milliárd éve került sor; ekkor egy Archaea nevű egysejtű organizmus elnyelt egy baktériumot, amely később mitokondriummá alakult. A mitokondrium talán az egyik legismertebb sejtszervecske, feladata az energiatermelés. Nagyjából egymilliárd évvel később egy hasonló esemény vezetett ahhoz, hogy a cianobaktériumok kloroplaszttá váljanak, és kialakuljanak a fotoszintetizálni képes zöld növények.

Egy új sejtszervecske születése

A legújabb kutatásban a tudósok egy Braarudosphaera bigelowii nevű algafajt vizsgáltak. Megfigyelték, hogy az alga elnyelt egy cianobaktériumot, amely aztán különleges képességgel ruházta fel gazdáját: meg tudta kötni a levegőből származó nitrogént, majd azt más anyagokkal kombinálva a sejt működése szempontjából hasznosabb vegyületekké – többek között ammóniává - alakította. Erre az alga önmagában nem lett volna képes.

A nitrogén nagyon fontos tápanyag, a növények azonban csak úgy jutnak hozzá, ha együttműködnek a baktériumokkal. Ezek azonban csak sima szimbiózisok, a baktériumok nem válnak a növények részeivé, csupán segítik őket. 

A mostani esetben azonban egy sokkal mélyebb együttműködés valósult meg a B. bigelowii és a cianobaktérium között, amelynek során az utóbbi végül az alga szerves részévé vált. 

A felfedezést a mezőgazdaság is hasznosíthatja

Ahhoz, hogy igazolják, a baktérium tényleg sejtszervecskeként viselkedik, a kutatóknak az alga belsejébe kellett pillantaniuk. Ehhez fejlett röntgensugaras képalkotást használtak. A Science magazinban ismertetett vizsgálat arra jutott, hogy a B. bigelowii és a benne lévő baktérium szaporodási és sejtosztódási folyamatai szinkronizáltak, továbbá az endoszimbionta a saját működéséhez szükséges fehérjéknek csupán a felét tudja önállóan előállítani, a maradékot a gazdasejttől szerzi be. 

Ezek a megfigyelések igazolták, hogy a cianobaktérium elvesztette önállóságát, és az alga organellumává vált, a nitrogén megkötésében játszott szerepe miatt pedig nitroplasztnak nevezték el.

A B. bigelowii és a benne lévő baktérium szaporodási és sejtosztódási folyamatai szinkronizáltak, továbbá az endoszimbionta a saját működéséhez szükséges fehérjéknek csupán a felét tudja önállóan előállítani
Fotó: Valentina Loconte/Berkeley Lab

Természetesen továbbra is rengeteg nyitott kérdés van még, többek között nem ismert, hogy a nitroplasztok más sejtekben is jelen vannak-e. A felfedezésnek gyakorlati haszna is van: az eredmények segítségével olyan mezőgazdasági haszonnövényeket lehetne előállítani, amelyek kevesebb külső nitrogénforrást igényelnek.