Лариса Аксёнова

© Наука и жизнь

Наука и техникаМир

2213

02.03.2012, 10:36

Все растения на Земле произошли от единого предка

Древнейший одноклеточный организм «проглотил» бактерию и сделал из нее «солнечную электростанцию».

Схема строения водоросли Cyanophora paradoxa

Земля – планета растений. Все разнообразие этих фотосинтетиков нашего мира – от огромных секвой до мельчайших диатомовых водорослей – стало возможным много миллионов лет назад благодаря крошечному одноклеточному организму, который «проглотил» цианобактерию и заставил ее «работать» на себя в качестве внутренней солнечной электростанции.

Международная группа ученых — 30 человек из 22 крупнейших исследовательских центров мира — проделала колоссальную работу по анализу генома и транскриптома (всей матричной РНК, с которой рибосомы считывают информацию для синтеза белка) уникальной микроскопической водоросли, известной среди исследователей как «живое ископаемое» — Cyanophora paradoxa. Их главный вывод — все растения на Земле произошли от единого предка.

Оказалось, что Cyanophora paradoxa сохранила в своем геноме «память» об общих для всех фотосинтезирующих эукариотических водорослей и растений биохимических процессах, связанных с фотосинтезом: этапах биосинтеза крахмала, гликолиза, пластидных белках-транслокаторах, но не «умеет» синтезировать некоторые сложные белки светособирающего комплекса, присущие растениям. Кроме того, как в геноме Cyanophora paradoxa, так и в геноме зеленых растений ученые обнаружили «присвоенные» ими гены паразитических одноклеточных организмов, близких родственников хламидий. Они предположили, что гены хламидий были заимствованы для того, чтобы можно было транспортировать произведенные хлоропластом полезные вещества — сахара — в цитоплазму. Эволюция эукариот началась, когда одна клетка «сообразила» проглотить другую, из которой потом получились клеточные органеллы — хлоропласт либо митохондрия. (Именно поэтому мембраны органелл двойные.) Цианобактерия — прародительница хлоропластов фотосинтезирующих эукариот была «захвачена» лишь один раз и все эукариотические фотосинтетики на нашей планете — и группа глаукофитов, к которой принадлежит Cyanophora paradoxa, и красные водоросли, и зеленые, и все наземные высшие растения имеют единое происхождение от одного предка. Результаты исследования, выполненного под руководством молекулярного биолога Даны Прайс из Ратгерского Университета, Нью Джерси, США, были недавно опубликованы в журнале Science.

Глаукофиты (Glaucophyte) – одна из групп микроскопических пресноводных водорослей, состоящая всего лишь из 13 уникальных представителей. Почему их называют «живыми ископаемыми»? У водоросли Cyanophora paradoxa до сих пор сохраняется менее «одомашненный» генетический материал, доставшийся от «прародительницы хлоропластов» большинству растений. Ее «хлоропласты» ученые называют цианеллами, поскольку они имеют уникальное строение — например, между мембранами этих органелл сохраняется слой мукопептида. Их митохондрии также отличаются от типичных эукариотических плоскими кристами. У Cyanophora paradoxa есть два жгутика неравной длины, функционирующие благодаря многоуровневой системе микротрубочек. У этих водорослей отсутствуют центриоли.

Линн Маргулис (5.03.1938 – 22.11.2011). Американский биолог, создатель современной теории симбиогенеза.

Исследователи проанализировали геном C. paradoxa, состоящий примерно из 70 миллионов пар оснований, и считают, что «захват» цианобактерии, должно быть, произошел только один раз, несмотря на то, что у большинства современных растений до сих пор сохранились гены, которые делают эндосимбиоз фотосинтезирующей клетки и клетки-хозяина возможным.

Для возникновения такого «союза» требуется кооперация не только клетки-хозяина и прежде свободной фотосинтезирующей клетки, но и, по всей видимости, бактерии-паразита. Хламидиеподобные клетки, такие, как Legionella (среди представителей этого рода бактерий есть возбудители «болезни легионеров»), предоставили клетке-хозяину гены, которые позволили доставлять продукты фотосинтеза из «одомашненных» цианобактерий, которые мы сейчас именуем пластидами, в цитоплазму клетки-хозяина. «Эти три группы организмов и участвовали в создании хлоропласта. Данному процессу способствовал многократно повторявшийся горизонтальный перенос генов (когда организм передает свой генетический материал другому организму, который не является его потомком), – поясняет один из участников исследования биолог Дебашиш Бхаттачарья из Ратгерского Университета, Нью Джерси, США, в интервью журналу Nature. - Такой «захват» генетического материала, возможно, происходил непрерывно, до тех пор, пока у большинства растений не возникла клеточная стенка, и новая жизненная стратегия не стала такой выгодной».

В самом деле, такое стечение обстоятельств случается настолько редко, что биологи до сих пор нашли только один пример: фотосинтетическую амебу Paulinella, «одомашнившую» цианобактерий примерно 60 миллионов лет назад. «В пластидах этих амеб до сих пор идут активные эволюционные процессы. С этой точки зрения они находятся еще «в работе», – поясняет доктор Бхаттачарья. – В настоящий момент мы анализируем последовательности генома Paulinella, чтобы получить ответы на некоторые вопросы о том, как эти события происходят».

Данная работа, кроме всего прочего, подтверждает гипотезу Линн Маргулис, которая впервые в 1960-е годы вынесла на широкое обсуждение теорию (задолго до того, как она была принята официально) о том, что современные растительные клетки возникли в результате такого симбиоза. Это теория предполагает, что все растения на самом деле являются химерами, состоящими из генетического материала, объединенного в результате возникновения древнего «союза» предковых организмов, в том числе и паразитических бактерий. Яркий жизнерадостный человек и всемирно признанный исследователь, Линн Маргулис ушла из жизни 22 ноября 2011 года, так и не дождавшись столь убедительного экспериментального подтверждения собственному гениальному предвидению.

Теперь ученым остается только решить вопрос о том, почему возник этот «союз», имевший место примерно 1,6 млрд. лет назад. Одно из предположений заключается в том, что локальные условия существования могли сделать симбиоз выгодным, прежде всего, для хищных одноклеточных организмов. Например, дефицит «пищи» и обилие солнечного света заставили их «поглотить» цианобактерий, прекратить хищничество и начать поглощать вещества путем абсорбции. «Когда пища заканчивается, а солнечного света много, то с помощью фотосинтеза легче прокормиться», – пояснил доктор Бхаттачарья. В результате этого «принудительного» союза и возникли чрезвычайно эволюционно успешные организмы – растения.

Лариса Аксёнова

© Наука и жизнь

Наука и техникаМир

2213

02.03.2012, 10:36

URL: http://babr24.com/?ADE=103274

bytes: 6814 / 6557

Обсудить на форуме Бабра в Telegram

Поделиться в соцсетях:

Другие статьи в рубрике "Наука и техника"

Борьба за иркутский «Экспериментарий»: частники против федералов

Продолжение истории с Иркутским Музеем занимательной науки «Экспериментарий». Напомним, что арендодатель в лице Иркутского научного центра СО РАН обязал компанию возместить арендную плату за март и апрель 2020 года. То есть за то время, когда музей был закрыт из-за эпидемии.

Миша Ковальски

Наука и техникаЭкономика и бизнесИркутск

4002

29.05.2020

Зачем Иркутский научный центр СО РАН убивает «Экспериментарий»?

Есть в коронавирусной эпидемии одна польза — за полтора месяца режима самоизоляции стало ясно кто хороший, а кто плохой. Общепит, туризм, фитнес, кинотеатры, музеи находятся в подвешенном состоянии. Немногие смогут выжить в этот нелёгкий период.

Миша Ковальски

Наука и техникаЭкономика и бизнесИркутск

6641

26.05.2020

Зуб с Байкала показал связь между сибиряками и индейцами

Теперь учёные уверены на 100%, что в Северной и Южной Америке проживают люди из северо-восточной Азии. Связь между древними сибирскими и индейскими народами оказалось сильнее, чем предполагали ранее. Доказать это удалось благодаря крохотному зубу, который был найден на берегу Байкала.

Миша Ковальски

Наука и техникаИсторияБайкал Иркутск Бурятия

2211

25.05.2020

В Монголии реализован проект по реконструкции Биокомбината

21 мая в Монголии состоялась церемония заложения фундамента нового завода госкомпании "Биокомбинат". В скором времени монголы смогут создавать вакцины отечественного производства для защиты животных от ящура, бешенства и оспы.

ivan.off

Наука и техникаЭкономика и бизнесМонголия

1686

25.05.2020

Сибирские учёные предлагают тестировать COVID-19 по выдоху

За минуту человек в среднем совершает 18 вдохов и столько же выдохов. Вдыхает организм смесь газов окружающей среды, которая на 98% состоит из азота и кислорода, а в остальном из аргона, углекислого газа, водорода, промышленных газов.

Миша Ковальски

Наука и техникаЗдоровьеМосква

1977

20.05.2020

Омулевая пелядь: иркутские учёные создали рыбного гибрида

Учёные из Лимнологического института СО РАН создали новый вид рыбы — гибрид омуля и пеляди. Исследование проводилось в рамках проекта «Высокотехнологическая аквакультура сиговых рыб». Завершилось оно вполне удачно — выведенные рыбы дали потомство. Обе рыбы относятся к сиговым видам.

Миша Ковальски

Наука и техникаЭкологияБайкал Иркутск

1820

12.05.2020

Новые высокочувствительные тесты на коронавирус будут разрабатывать в Иркутске

Иркутские химики готовы заняться разработкой новых тестов, которые позволят более точно и быстрее определять наличие или отсутствие COVID-19 и других вирусов. Этим займётся институт химии А.Е. Фаворского СО РАН.

Миша Ковальски

Наука и техникаЗдоровьеИркутск

2992

04.05.2020

Компостная куча. Ключ к переработке пластика был всегда рядом

Учёные с помощью белковой инженерии произвели мутацию фермента из компостной кучи, тем самым превратив его в отличный способ для переработки полиэтилентерефталата (ПЭТ). Это материал, из которого изготавливают пластиковые бутылки.

Миша Ковальски

Наука и техникаЭкологияМир

4255

12.04.2020

«Его создали в лаборатории». Главный миф о коронавирусе

Любовь русского общества винить во всех бедах Америку не знает границ. Версии о том, что коронавирус был создан как биологическое оружие в США для борьбы с Китаем, придерживается немалый процент населения. Об этом даже пишут некоторые СМИ.

Миша Ковальски

Наука и техникаЗдоровьеМир

8101

08.04.2020

Учёные создали моментальный тест для определения коронавируса

Американские учёные Института медицинской инженерии и науки (IMES) Массачусетского технологического института создали тест-полоски, которые позволяют в течение 20 минут подтвердить или опровергнуть наличие коронавируса Covid-19.

Миша Ковальски

Наука и техникаЗдоровьеМир

4921

14.03.2020

Сексуальное возбуждение женщины можно узнать по запаху

Женщина более привлекательна, когда потеет. Это доказала команда учёных из Кентского университета в Великобритании и университета Илан Шира США, проведя ряд экспериментов. Для начала у двух десятков женщин, которые согласились принять участие в научной работе, собрали образцы пота.

Миша Ковальски

Наука и техникаМир

5008

08.03.2020

Гражданин США будет руководить иркутской наукой?

Уникальная, непонятная и стратегически опасная ситуация разворачивается в иркутской науке. 3 марта в Минэкономразвития Иркутской области прошла стратегическая сессия, организованная главой министерства Владимиром Гордеевым и председателем ИНЦ РАН Константином Апарциным.

Максим Бакулев

Наука и техникаРасследованияИркутск Москва

32983

04.03.2020

Смарт: Бабр для умных

То нельзя, а это можно. Долой замшелые мифы о питании

Продукты питания окутаны мифами. Диетологи и нутрициологи навязывают нам множество пищевых установок: что полезно, а что вредно; что помогает похудеть, а что, напротив, прибавит лишние килограммы.

Алиса Беглова

Интернет и ИТМосква

2071

26.05.2020

Как не стать жертвой произвола. Алгоритмы коммуникации с полицией

Полиция получает всё новые и новые полномочия. С тех пор, как внутренние войска МВД были отчужденны у ведомства и выделены в созданную в 2016 году Росгвардию, между силовыми ведомствами идёт борьба за полномочия.

Алиса Беглова

Интернет и ИТМосква

2313

25.05.2020

Социальная инженерия разрастается. Новый способ украсть у вас деньги

В ходу у мошенников — социальная инженерия, как верный способ втереться в доверие и с помощью психологических уловок заставить жертву добровольно расстаться с деньгами. В России появился новый способ мошенничества, при котором злоумышленники получают доступ к интернет-банкингу россиян.

Алиса Беглова

Интернет и ИТМосква

2983

19.05.2020

Когда стакан наполовину полон. Ищем плюсы в пандемии

SmartBabr бесконечно далёк от мнения Елены Малышевой о том, что коронавирус — это «чудо чудесное». Однако умение находить положительную сторону и выносить уроки из самых инфернальных ситуаций и бедствий — качество ценное.

Алиса Беглова

Интернет и ИТМосква

3549

05.05.2020

За слово ответишь. Россия во власти цензуры

Конституция даёт россиянам право на свободу слова, свободу массовой информации, а также запрещает цензуру. Вот что гласит 29 статья верховного закона страны: «Каждому гарантируется свобода мысли и слова.

Алиса Беглова

Интернет и ИТМосква

1035

01.06.2020

Лица Сибири

Ванькова Дарья

Левченко Сергей

Быков Анатолий

Магомедова Маргарита

Мальм Александр

Аксаментова Ольга

Шагин Владимир

Медведев Александр

Елясова Оксана

Малышенко Виктор