Një imazh me mikroskop të lehtë tregon algën detare Braarudosphaera bigelowii, e cila është një hap potencialisht i madh evolucionar. Kjo algë thithi një bakter të quajtur UCYN-A dhe formoi një organelë të re të quajtur nitroplast. Shigjeta e zezë tregon nitroplastin. Tyler CoaleSHARE
Është një zbulim që është ‘një për tekstet shkollore’.
Evolucioni është një proces mjaft i mrekullueshëm dhe i gjatë, me disa shpërthime të rastësishme aktivitetesh që janë përgjegjëse për diversitetin e jetës në planetin tonë sot. Këto mund të ndodhin në shkallë të mëdha si me evolucionin e gjymtyrëve më efikase. Ato ndodhin gjithashtu në nivel qelizor mikroskopik, si për shembull kur u formuan për herë të parë pjesë të ndryshme të qelizës.
Tani, një ekip shkencëtarësh kanë zbuluar një shenjë të një ngjarjeje të madhe jetësore që ka të ngjarë të mos ketë ndodhur për të paktën një miliard vjet. Ata kanë vëzhguar endosimbiozën primare – dy forma jete duke u bashkuar në një organizëm. Kjo ngjarje tepër e rrallë ndodhi midis një lloji të algave detare të bollshme dhe një bakteri u vëzhgua në një mjedis laboratorik. Për perspektivë, bimët fillimisht filluan të njollosin planetin tonë herën e fundit që ndodhi kjo. Rezultatet janë përshkruar në dy punime të botuara së fundmi në revistat Cell and Science.
Prej nga vijnë “energjia e qelizës” dhe kloroplastet
Endosimbioza primare ndodh kur një organizëm mikrobik gëlltit një tjetër. Më pas fillon të përdorë organizmat e gëlltitur si organ të brendshëm. Pritësi i ofron organizmit – tani i quajtur endosimbiont – disa përfitime duke përfshirë lëndët ushqyese, energjinë dhe mbrojtjen. Kur nuk mund të mbijetojë më vetë, endosimbioni i gëlltitur bëhet një organ për bujtësin që quhet organelë.
“Është shumë e rrallë që organelet të lindin nga këto lloje të gjërave,” tha Tyler Coale, një bashkëautor i studimit të Qelizës dhe një studiues postdoktoral në Universitetin e Kalifornisë, Santa Cruz në një deklaratë. “Herën e parë që mendojmë se ndodhi, ajo shkaktoi gjithë jetën komplekse.”
Endosimbioza ku forma e jetës së bujtësit bëhet themelore për funksionin e një organizmi tjetër ka ndodhur vetëm tre herë të njohura. Të gjitha këto raste ishin një përparim i madh për evolucionin, pasi bashkimi me hostet e tyre u bë themelor për vetë ekzistencën e endosimbioneve.
Ngjarja e parë ishte afërsisht 2.2 miliardë vjet më parë. Kjo është kur një organizëm njëqelizor i quajtur archaea gëlltiti një bakter që përfundimisht u bë mitokondri. Kjo organelë e specializuar është ajo që çdo student i biologjisë mëson se është “energjia e qelizës” dhe formimi i saj lejoi që organizmat komplekse të evoluojnë.
“Gjithçka më e ndërlikuar se një qelizë bakteriale i detyrohet ekzistencës së saj asaj ngjarjeje”, tha Coale. “Një miliardë vjet më parë apo më shumë, ndodhi përsëri me kloroplastin dhe kjo na dha bimë,” tha Coale.
Kjo ngjarje e dytë ndodhi kur qelizat më të avancuara thithën cianobakteret. Cianobakteret mund të marrin energji nga rrezet e diellit dhe ato përfundimisht bëhen organele të quajtura kloroplaste që mund të marrin energji nga rrezet e diellit. Kloroplastet na dhanë një tjetër parim thelbësor të biologjisë – bimët jeshile që mund të bëjnë ushqim nga dielli.
Me këtë ngjarje të fundit të endosimbiozës, është e mundur që algat po shndërrojnë azotin nga atmosfera në amoniak që mund ta përdorin për procese të tjera qelizore. Megjithatë, ajo ka nevojë për ndihmën e një bakteri.
Një organelë e re?
Në punimin e botuar në Cell, një ekip shkencëtarësh tregojnë se ky proces po ndodh sërish. Ata shikuan një specie algash të quajtur Braarudosphaera bigelowii. Algat që përfshiu një cianobakter i jep asaj pak një superfuqi bimore. Mund të “rregullojë” azotin direkt nga ajri dhe ta kombinojë atë me elementë të tjerë për të formuar komponime më të dobishme. Kjo është diçka që bimët zakonisht nuk mund ta bëjnë.
Azoti është një lëndë ushqyese shumë e rëndësishme për ekzistencën e jetës dhe bimët normalisht e marrin atë nëpërmjet marrëdhënieve të ndërsjella me bakteret që mbeten të ndara nga bima ose algat. Ekipi fillimisht mendoi se algat B. bigelowii kishin këtë lloj marrëdhënieje simbiotike me një bakter të quajtur UCYN-A. Marrëdhënia në fakt ishte bërë shumë më e ngushtë dhe serioze.
Ata zbuluan se raporti i madhësisë midis algave dhe bakterit UCYN-A mbetet i ngjashëm në specie të ndryshme që lidhen me algat B. bigelowii. Rritja duket se kontrollohet nga një shkëmbim i lëndëve ushqyese kryesore, duke lidhur metabolizmin e tyre. Ky sinkronizim i ritmeve të rritjes bëri që studiuesit të quanin UCYN-A të ngjashme me organelën.
“Kjo është pikërisht ajo që ndodh me organelet,” tha në një deklaratë bashkëautori i studimit dhe oqeanografi mikrobial i UC Santa Cruz, Jonathan Zehr. “Nëse shikoni mitokondritë dhe kloroplastet, është e njëjta gjë: ato shkallëzohen me qelizën.”
Prezantimi i nitroplastit
Për të kërkuar më shumë prova se ky bakter është një organelë, ata duhej të hidhnin një vështrim më të thellë brenda. Studimi i publikuar në revistën Science përdori imazhe të avancuara me rreze X për të parë brendësinë e qelizave të gjalla të algave B. bigelowii. Ai zbuloi se riprodhimi dhe ndarja e qelizave ishin të sinkronizuara midis algave pritëse dhe bakterit UCYN-A. Ai dha edhe më shumë prova të procesit të bashkimit të këtij organizmi të endosimbiozës primare në punë.
“Deri në këtë punim, ekzistonte ende një pyetje nëse ky është ende një ‘endosimbiont’, apo është bërë një organelë e vërtetë?” Carolyn Larabell, një bashkëautore e studimit dhe shkencëtare e fakultetit në Zonën e Bioshkencave të Berkeley Lab dhe Drejtore e Qendrës Kombëtare për Tomografinë me Rreze X, tha në një deklaratë. “Ne treguam me imazhe me rreze X se procesi i riprodhimit dhe ndarjes së bujtësit të algave dhe endosimbiontit është i sinkronizuar, gjë që dha provat e para të forta.”
Këto imazhe, të krijuara nga tomografia e butë me rreze X e kryer nga shkencëtarët e Berkeley Lab, tregojnë algat në faza të ndryshme të ndarjes së qelizave. UCYN-A, entiteti fiksues i azotit që konsiderohet tani një organelë, është cian; bërthama e algave përshkruhet me ngjyrë blu, mitokondritë janë jeshile dhe kloroplastet janë jargavan. KREDI: Valentina Loconte/Berkeley Lab
Ata gjithashtu krahasuan proteinat e baktereve të izoluara UCYN-A me proteinat brenda qelizave të algave. Ekipi zbuloi se bakteri i izoluar mund të prodhojë vetëm gjysmën e proteinave që i nevojiten. Ajo ka nevojë për bujtësin e saj të algave për t’i siguruar asaj pjesën tjetër të proteinave të nevojshme për të jetuar.
“Kjo është një nga shenjat dalluese të diçkaje që lëviz nga një endosimbiont në një organelë,” tha Zehr. “Ata fillojnë të hedhin copa të ADN-së dhe gjenomi i tyre bëhet gjithnjë e më i vogël, dhe ata fillojnë të varen nga qeliza amë që ato produkte gjenike – ose vetë proteina – të transportohen në qelizë.”
Ekipi beson se kjo tregon se UCYN-A mund të konsiderohet një organelë e plotë. Ata i dhanë emrin “nitroplast”, dhe ai potencialisht filloi të evoluonte rreth 100 milionë vjet më parë. Ndërsa kjo tingëllon e gjatë për sensin tonë njerëzor të kohës, është thjesht një milisekonda në kohën evolucionare kur krahasohet me mitokondritë dhe kloroplastet.
Shumë pyetje të tjera në lidhje me UCYN-A dhe pritësin e tij të algave mbeten pa përgjigje dhe ekipi gjithashtu planifikon të kuptojë se UCYN-A dhe alga funksionojnë dhe studiojnë lloje të ndryshme. Studimi i mëtejshëm i nitroplasteve mund të përcaktojë gjithashtu nëse ato janë të pranishme në qeliza të tjera dhe cilat mund të jenë përfitimet e tyre. Për shembull, mund të ketë aplikime të gjera në bujqësi.
“Ky sistem është një perspektivë e re për fiksimin e azotit dhe mund të japë të dhëna se si një organelë e tillë mund të projektohet në bimë të korra,” tha Coale.
Sipas Zehr, shkencëtarët ka të ngjarë të gjejnë organizma të tjerë që kanë histori të ngjashme evolucionare si UCYN-A, por ky zbulim është “një për tekstet shkollore”.
BY LAURA BAISAS | PUBLISHED APR 18, 2024 1:20 PM EDT
Informimi nga> Science> Biology>Evolution
