Asi před 100 miliony let provedla skromná améba ohromující loupež, popadla geny z nic netušící bakterie, aby nahradila ty, o které přišla.
Nyní Rutgers a další vědci rozluštili záhadu, jak se malá améba Paulinella dopustila krádeže. Pohltila bakterii, udržela buňku naživu a využila její geny pro fotosyntézu, proces, který rostliny a řasy používají k přeměně oxidu uhličitého na kyslík a cukr prostřednictvím sluneční energie.
„Hlavním zjištěním studie je, že mikrobiální svět, o kterém víme, že je plný cenných genů, dokáže tyto geny přesouvat mezi organismy podle potřeby,“řekl Debashish Bhattacharya, spoluautor studie a významný profesor v Katedra ekologie, evoluce a přírodních zdrojů v Rutgers. "Když má mikrob genový deficit, může v některých případech tento deficit naplnit tím, že stejný gen popadne z prostředí. To ukazuje, jak tekuté mikrobiální genomy skutečně jsou."
„Lidé by si ale neměli myslet, že se lidé v brzké době chopí bakteriálních genů, protože mají sekvestrovanou (chráněnou) zárodečnou linii,“řekla Dana C. Priceová, spoluautorka studie a spolupracující výzkum. profesor na katedře biologie a patologie rostlin na Fakultě environmentálních a biologických věd. "Jde o mikrobiální život, jako jsou bakterie a jednobuněčná eukaryota."
Mezinárodní studie amerických a německých vědců byla zveřejněna online v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.
Země je zelená, protože fotosyntetické rostliny a řasy obsahují chlorofyl, zelený pigment, který odráží zelené vlnové délky světla. Jejich fotosyntetická schopnost vzešla z mnohem starší krádeže spáchané před 1,5 miliardami let. Tehdy předchůdce řas pohltil fotosyntetickou bakterii a redukoval ji na chloroplast, plastid s chlorofylem. Plastidy jsou organely, což jsou stejně jako orgány v lidském těle struktury, které obsahují DNA a mají specifické funkce, v tomto případě fotosyntézu.
Pohlcovací proces je známý jako primární endosymbióza a změnil život na Zemi tím, že umožnil vzestup živočichů závislých na rostlinném životě.
Teorie endosymbiózy má zajímavou vědeckou historii. V roce 1895 napsal německý přírodovědec Robert Lauterborn článek o Paulinella chromatophora, amébě, kterou objevil, a jeho nálezu rostlinných buněk uvnitř améby. Má dva velké plastidy ve tvaru klobásy zvané chromatofory, které usnadňují fotosyntézu. Lauterborn navrhl, že by to mohlo představovat symbiózu nebo spolupráci dvou buněk, a tento objev pomohl rozvoji teorie endosymbiózy.
Po celá desetiletí však vědci nemohli najít nebo kultivovat buňky Paulinella z prostředí. Ale asi před 20 lety se německému vědci Michaelu Melkonianovi, se kterým Bhattacharya spolupracoval, podařilo získat izolát améby a kultivovat ji v Kolíně nad Rýnem v Německu. Mezitím se věda o genomice v posledních letech zlepšila, což výzkumníkům umožnilo vyřešit Paulinelliny záhady.
V nové studii vědci pod vedením Evy Nowack zkoumali Paulinellu, aby se naučili pravidlům evoluce genomu, která umožnila fotosyntéze, aby se uchytila a vzkvétala. Pravidla by mohla být odhalena, protože endosymbióza Paulinella se odehrála před 100 miliony let za použití stejného procesu, který se rozvinul asi před 1,5 miliardami let.
Pomocí tohoto jedinečného modelu položili vědci kritickou otázku o endosymbióze, která vědce trápila už mnoho let. Již dlouho je známo, že buňky uchovávané v jiných buňkách již nemohou sdílet DNA se svým vlastním druhem a mají tendenci vytvářet ve svém genomu mnoho mutací, což vede k jejich zániku.
Tento proces rozkladu se nazývá Mullerova ráčna. Jak tedy zachycený plastid unikl řehtačce po milionech let věznění? Analýza genomických dat Paulinella ukázala, že pokaždé, když ztratila gen, améba jej nahradila jiným genem se stejnou funkcí z bakterií.
„Evoluce může najít cestu, v tomto případě vyřešením problému poškozených genů shromážděním náhradních genů z prostředí,“řekl Bhattacharya. "Kdo ví, za 100 milionů let by se potomci Paulinella mohli stát dominantními rostlinami na naší planetě."
Autoři studie zahrnují Nowack z Carnegie Institution for Science ve Stanfordu v Kalifornii a Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf v Německu; Cena a Bhattacharya; Anna Singer z Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf; Michael Melkonian z Universität zu Köln v Německu; a Arthur R. Grossman z Carnegieho institutu pro vědu.
„Je opravdu pozoruhodné, že článek napsaný v časopise před 120 lety skutečně položil základ této studie,“řekl Bhattacharya. "Je velmi vzácné, že druh, který je tak těžké najít a kultivovat, začne hrát důležitou roli v pochopení základních procesů v buňkách."
