Bakterien haben in einzelligen Algen eine neue Struktur entwickelt

Ein einst unabhängiges Bakterium hat sich zu einem Organell entwickelt, das Algenzellen mit Stickstoff versorgt – ein Ereignis, das so selten ist, dass nur drei weitere Fälle bekannt sind.

Es wird angenommen, dass in den 3,5 Milliarden Jahren, seit sich das Leben auf der Erde entwickelte, einst frei lebende Bakterien mit anderen Organismen verschmolzen sind. Nur dreimalDies macht dies zu einem äußerst seltenen evolutionären Ereignis.

Nun wurde es gefunden Viertes Beispiel, in einzelligen Algen, die in den Ozeanen häufig vorkommen. Wissenschaftler gehen davon aus, dass diese Algen Stickstoff „fixieren“, das heißt, dass sie Luftstickstoff in nutzbares Ammoniak umwandeln. Mit Hilfe von Bakterien.

Wie eine neue von ihm durchgeführte Studie ergab Tyler Coleein Forscher an der University of California, diese Bakterien Es entwickelte sich eine neue Zellstrukturoder Organello.

Es ist das erste bekannte stickstofffixierende Organell. Oder Nitroplasten, sagt Cole, könnten der Schlüssel zum Erfolg dieser Algen sein. „Das scheint für sie eine erfolgreiche Strategie zu sein. Sie sind eine weit verbreitete Alge. Wir finden sie in allen Weltmeeren.“

Es kommt sehr häufig bei A vor Ein Organismus innerhalb der Zellen eines anderen Organismusin einer für beide Seiten vorteilhaften Beziehung namens Koexistenz. Beispielsweise sind die Wurzelzellen von Hülsenfrüchten wie Erbsen Wirte für stickstofffixierende Bakterien.

Zustand Kakerlaken-Erfolg Dies ist zum Teil auch auf endosymbiotische Bakterien zurückzuführen, die essentielle Nährstoffe produzieren. Einige Zellen enthalten sogar mehrere Endosymbionten.

Obwohl endosymbiotische Beziehungen in fast allen Fällen sehr eng werden können, Organismen bleiben unterschiedlich. Beispielsweise nehmen Hülsenfrüchte Bakterien über ihre Wurzeln im Boden auf.

Obwohl Kakerlakenbakterien durch Eier übertragen werden, leben sie in spezialisierten Zellen und Nicht in allen ZellenL. erklärt neue Welt.

Aber in drei Fällen Endosymbionten verschmelzen mit ihren Wirten, um ein wesentlicher Bestandteil davon zu werden. Mitochondrien, die Energie produzieren, entstanden durch die Fusion eines Bakteriums mit einer anderen einfachen Zelle und bildeten die komplexen Zellen, aus denen Tiere, Pflanzen und Pilze hervorgingen.

Pflanzen erschienen, als A Cyanobakterien Sie verbinden sich mit einer komplexen Zelle und bilden den Chloroplasten, das Organell, das die Photosynthese durchführt. Vor etwa 60 Millionen Jahren Ein weiteres Cyanobakterium fusionierte mit Amöbeund die Bildung eines anderen photosynthetischen Organells namens Chromatophorkommt nur in einigen Arten vor Polinella.

Seit mehr als einem Jahrzehnt sind Cyanobakterien bekannt als Eosin-ADas leben in einzelligen Algen Prarodosphaera bigeloiverwandelte sich in eine Organelle.

Allerdings hat sich die Untersuchung dieses Zusammenlebens als sehr schwierig erwiesen Kyoko Haginoein Forscher an der Kochi-Universität in Japan, hat Wege gefunden, genau das zu tun Merkt sich B. Bigeloy Lang lebe die Dies ermöglichte es dem Team, im Labor mit einer Technik namens Weichröntgentomographie zu beobachten, was passiert, wenn sich Algenzellen teilen.

Von dort aus entdeckte er es UCYN-A teilt sich mit der Zelle Von Algen erbt jede Tochterzelle UCYN-A. „Vorher wussten wir nicht, wie diese Verbindung aufrechterhalten wurde“, erklärt Cole.

Das Team entdeckte außerdem, dass etwa die Hälfte der rund 2.000 verschiedenen Proteine ​​innerhalb von UCYN-A lokalisiert sind Es kommt vom Algenwirtanstatt innerhalb von UCYN-A produziert zu werden.

Mehrere Importproteine ​​helfen UCYN-A bei der Stickstofffixierung, erklärt Coyle. „A Die Algenzelle wird „gefüllt“, um mehr Stickstoff zu produzieren Was für einen selbst notwendig ist.“

Es scheint auch eine zu geben Spezialisiertes Proteinabgabesystem zu UCYN-A, wie auch bei anderen Organellen. Alle importierten Proteine ​​enthalten einen zusätzlichen Abschnitt, von dem Wissenschaftler glauben, dass es sich um ein „Adressetikett“ handelt, das ihre Lieferung an UCYN-A anzeigt.

Hey Herstellung und Verwendung von Stickstoffdüngern Es ist eine der Hauptquellen für Treibhausgasemissionensowie ein Konto für Landwirte. Daher besteht großes Interesse daran, Kulturpflanzen so zu verändern, dass sie wie Hülsenfrüchte ihren eigenen Stickstoff binden können.

Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, Ihre Zellen mit Nitroplast zu versorgen. Aber UCYN-A ist kein guter Ausgangspunkt, weil es zu stark darauf angewiesen ist B. Bigeloy.

Alternativ wäre es möglich, mit Cyanobakterien zu beginnen, die gerade erst anfangen, Nitroblasten zu werden, und nicht auf importierte Proteine ​​angewiesen sind, die leicht zu einer Vielzahl von Kulturpflanzen hinzugefügt werden können.

Allerdings sagen Forscher, studieren B. Bigeloy Es kann uns helfen zu verstehen, wie man sich integriert Stickstofffixierung in der Pflanzenzelle.

Die Ergebnisse der Studie wurden in A vorgestellt Zustand Letzte Woche im Science-Magazin veröffentlicht.