Evenimentul unic care a dat Pământului plantele a avut loc din nou: „Două forme de viață s-au unit într-un singur organism”
Un eveniment evolutiv despre care se știe că a mai avut loc doar de trei ori în istoria vieții pe Pământ a fost documentat din nou (a fost observat în cadrul unui studiu într-un laborator). O bacterie marină a fost înglobată în organismul său gazdă, algal, co-evoluând cu acesta suficient de mult timp pentru a putea fi considerată acum un organit, parte a mașinăriei celulare a acelei alge. Acest lucru înseamnă că aceste alge sunt primele eucariote (organisme cu ADN-ul într-un nucleu legat de membrană) cunoscute ca având un organit capabil să fixeze azotul.
Pentru perspectivă, plantele au început să împânzească planeta noastră ultima dată când s-a întâmplat acest lucru.
„Este foarte rar ca organitele celulare să apară astfel”, a declarat Tyler Coale, primul autor al uneia dintre cele două lucrări recente despre această descoperire.
Evenimentul, numit endosimbioza primară – are loc atunci când două forme de viață se contopesc într-un singur organism. Mai exact, când un organism microbian înghite un altul. Acesta începe apoi să folosească organismul microbian înghițit ca pe un organ intern. Gazda oferă organismului – numit acum endosimbiont – mai multe beneficii, inclusiv nutrienți, energie și protecție. Atunci când nu mai poate supraviețui pe cont propriu, endosimbiontul înghițit devine un organ al gazdei, numit organit, conform popsci.com.
Prima dată când acest lucru s-a întâmplat – din câte se știe – a dat naștere la prima viață complexă prin nașterea mitocondriilor. De atunci, s-a mai întâmplat de două ori, inclusiv acum peste un miliard de ani, marcând începutul vieții vegetale pe Pământ prin apariția cloroplastului.
Bazele acestei descoperiri au fost puse în urmă cu aproape 30 de ani, când o echipă condusă de către Jonathan Zehr, profesor la UC Santa Cruz, a descoperit în Oceanul Pacific o nouă cianobacterie cu capacitatea de a fixa azotul. Acesta este procesul prin care microbii extrag azotul liber din mediul înconjurător și îl combină cu alte elemente pentru a forma noi compuși de azot, cum ar fi îngrășămintele care sunt esențiale pentru ca viața să se dezvolte, scrie iflscience.com.
Echipa lui Zehr a numit bacteria UCYN-A. Între timp, în Japonia, paleontologul Kyoko Hagino lucra la cultivarea unei alge marine care s-a dovedit a fi organismul gazdă.
De-a lungul anilor, legătura dintre cele două organisme a devenit din ce în ce mai clară pentru oamenii de știință. Dar, recent, aceștia au ajuns la concluzia că UCYN-A nu se află doar într-o relație intimă cu gazda sa algală, ci au co-evoluat până în punctul în care UCYN-A face parte din însăși celula algelor, devenind un organit.
Kyoko Hagino, Ryo Onuma, Masanobu Kawachi, Takeo Horiguchi, CC BY 3.0
În două noi lucrări, echipe internaționale de cercetători își prezintă dovezile. Primul, publicat în martie 2024, a demonstrat că UCYN-A și gazdele sale, specii ale algei Braarudosphaera bigelowii, au rapoarte de mărime similare, ceea ce indică faptul că metabolismele lor sunt interconectate.
„Este exact ceea ce se întâmplă cu organitele”, a spus Zehr. „Dacă vă uitați la mitocondrie și la cloroplast, este același lucru: se dimensionează odată cu celula”.
Cea de-a doua lucrare a prezentat dovezi că UCYN-A importă proteine din celulele gazdă, un semn distinctiv al dezvoltării organitelor. „Încep să arunce bucăți de ADN, iar genomurile lor devin din ce în ce mai mici și încep să depindă de celula mamă pentru ca acei produși genetici să fie transporta’i în celulă”, a explicat Zehr.
Prin analiza proteomică, Tyler Coale a confirmat că multe dintre proteinele pe care UCYN-A se bazează pentru a funcționa în mod corespunzător sunt produse în interiorul gazdei algale și importate. Zehr a descris acest lucru ca fiind „un fel de puzzle magic care se potrivește și funcționează”.
Organismul nou descoperit a fost denumit „nitroplast”. Spre deosebire de mitocondriile și cloroplastele mai vechi, oamenii de știință au datat evoluția sa la aproximativ 100 de milioane de ani în urmă. Această descoperire ne oferă deja o fereastră în ceea ce privește impactul pe care fixarea azotului îl are asupra ecosistemelor oceanice și ar putea avea implicații și pentru agricultura pe uscat.
„Acest sistem reprezintă o nouă perspectivă asupra fixării azotului și ar putea oferi indicii cu privire la modul în care un astfel de organit ar putea fi modificat în plantele de cultură”, a explicat Coale.
Zehr consideră că bacteria UCYN-A nu este singura de acest fel, dar este prima care a fost găsită.
Cele două studii sunt publicate în revistele Cell și Science.
