Într-o descoperire revoluționară, oamenii de știință au descoperit prima structură cunoscută în celule complexe care este capabilă să atragă azotul din atmosferă și să-l transforme într-o formă pe care celula o poate folosi.
Ei au numit partea celulă nou găsită „nitroplast”. Și conform a două studii recente, cercetătorii cred că probabil a evoluat acum 100 de milioane de ani.
Nitroplastul s-a dezvoltat probabil dintr-o bacterie din ocean, după ce microbul a fost înghițit de o celulă de algă. Bacteriile și algele se credeau anterior că trăiesc în simbioză, microbul furnizând azot într-o formă pe care algele ar putea-o utiliza, iar algele oferind microbilor o casă.
Dar se dovedește că microbul a căpătat o nouă formă cu mult timp în urmă, devenind o structură celulară cu drepturi depline, sau un organel, cu un metabolism direct legat de cel al algelor.
Legate de: Evoluția merge vreodată înapoi?
„Este foarte rar ca organele să apară din aceste tipuri de lucruri”, Tyler Coaleun cercetător postdoctoral la Universitatea din California, Santa Cruz (UCSC) și autorul principal al unuia dintre cele două studii recente care au identificat nitroplastul, a declarat într-un afirmație.
Descoperirea este doar al patrulea exemplu cunoscut din istoria Pământului de „endosimbioză primară”, un proces prin care un Celulă eucariotă — o celulă unde ADN este închis într-un nucleu, ca la toate animalele, plantele și ciupercile – înghite o celulă procariotă, care nu are un nucleu. În acest caz, o celulă de algă eucariotă a înghițit o celulă bacteriană procariotă.
„Prima dată când credem că s-a întâmplat, a dat naștere la toată viața complexă”, a spus Coale, referindu-se la evoluția mitocondriile, centralele celulelor, acum aproximativ 1,5 miliarde de ani. „Totul mai complicat decât o celulă bacteriană își datorează existența acestui eveniment”. Asta include oameni.
Al doilea caz cunoscut de endosimbioză a avut loc acum aproximativ 1 miliard de ani, dând naștere la cloroplaste, care alimentează fotosinteză, și declanșând evoluția plantelor. Cel de-al treilea eveniment cunoscut ar putea să fi dat naștere unui organel mai puțin cunoscut, cunoscut sub numele de cromatofor, o structură plină de pigment în pielea cefalopodelor, cum ar fi calmarul și caracatițele, care le permite să-și schimbe culoarea.
Oamenii de știință au descoperit pentru prima dată microbul transformat în nitroplast în 1998, deși la acea vreme nu știau încă că microbul era un adevărat organel.
În acea muncă, o echipă condusă de Jonathan Zehr, un distins profesor de științe marine la UCSC și autor principal al celui de-al doilea studiu recent, a recuperat o scurtă secvență de ADN a microbului din apa de mare a Oceanului Pacific. Zehr și colegii săi au stabilit că ADN-ul aparținea unei cianobacterii care fixează azot, pe care au numit-o UCYN-A. (Fixarea azotului se referă la procesul de transformare a azotului într-o formă utilizabilă pentru celule.)
Descoperirea a coincis cu munca de la Universitatea Kochi din Japonia, unde oamenii de știință și-au dat seama cum să cultive algele care poartă UCYN-A în laborator. Acest lucru i-a permis lui Zehr și colaboratorilor să compare dimensiunea UCYN-A la diferite specii ale acestor alge, care aparțin unui grup înrudit numit Braarudosphaera bigelowii.
Cercetătorii au publicat această lucrare pe 28 martie în jurnal Celulă, raportând că creșterea UCYN-A și a celulelor sale gazdă sunt sincronizate și controlate prin schimbul de nutrienți. Acesta este „exact ceea ce se întâmplă cu organele”, a spus Zehr în declarație. „Dacă te uiți la mitocondrii și la cloroplast, este același lucru: se scalează cu celula”.
Pentru a confirma aceste rezultate, Zehr și alți cercetători au efectuat un al doilea studiu, care a fost publicat pe 11 aprilie în jurnal Ştiinţă. Rezultatele sale au indicat că UCYN-A importă proteine din celula gazdă, sugerând că fostul microb a abandonat o parte din mașinile sale celulare, bazându-se în schimb pe gazda sa pentru a funcționa. Cu alte cuvinte, odinioară bacterie devenise un roți de roată în mașina gazdei sale.
„Acesta este unul dintre semnele distinctive ale ceva ce trece de la un endosimbiont la un organel”, a spus Zehr. „Ei încep să arunce bucăți de ADN, iar genomul lor devine din ce în ce mai mic și încep să depind de celula mamă pentru ca acele produse genetice – sau proteina în sine – să fie transportate în celulă.
UCYN-A se replic, de asemenea, în același timp cu celula gazdă și este moștenit ca și alte organite, sigilând descoperirea nitroplastei, potrivit declarației.