Лариса Аксёнова

© Наука и жизнь

Наука и техникаМир

2885

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

2885

02.03.2012, 10:36

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

bytes: 6814 / 6557

Обсудить на форуме Бабра в Telegram

Поделиться в соцсетях:

Другие статьи в рубрике "Наука и техника"

Стать астронавтом не выходя из дома

14 ноября состоится исторический день запуска корабля Crew Dragon компании Space X на ракете Falcon 9. В эту субботу состоится запуск многоразовой ракеты Falcon 9, которая будет нести на себе космический корабль Dragon v2 для постоянных полетов на МКС.

Николай Наумов

Наука и техникаМир

6478

13.11.2020

Игры Разумова: грязное белье серийных защитников иркуцкости

Когда бывший вице-мэр Иркутска Дмитрий Разумов в очередной раз вернулся в родные пенаты и рассказал, как зарабатывать на деревянном Иркутске, сначала ему не поверили. Но он настаивал на своем.

Лера Крышкина

Наука и техникаРасследованияИркутск

21667

02.11.2020

Иркутские учёные рассказали об особенностях байкальских рачков-экстремалов

Eulimnogammarus cyaneus — эндемичный байкальский гаммарус (рачок), обитающий в Байкале. Его особенностью является то, что он обитает в прибрежной зоне озера, в достаточно узкой полосе. Здесь наблюдается резкое изменение температур, поэтому рачка называют экстремалом.

Миша Ковальски

Наука и техникаИркутск

8157

28.10.2020

Нидерландские учёные советуют обниматься с коровами

Устали, чувствуете нервозность, хотите спокойствия и отдыха? Теперь необязательно тратиться на успокоительные препараты. В Нидерландах предлагают новый способ — обниматься с коровами.

Миша Ковальски

Наука и техникаБратья меньшиеМир

6145

25.10.2020

Блогнот. Только метаболизм и никакого сексизма!

«Доля ты!– русская долюшка женская! Вряд ли труднее сыскать» писал два века назад Николай Алексеевич. Трудно с ним не согласиться и сейчас, особенно сравнивая женскую долюшку у людей и …у байкальских рачков.

Максим Тимофеев

Наука и техникаИркутск

7211

23.10.2020

Россия отказалась вступать в международный проект по освоению Луны

Международный масштабный лунный проект, который продлится более 10 лет, скорее всего, пройдёт без России. Дело в том, что с нашей страной до сих пор не заключили соглашение по совместной реализации лунной программы. И в основном происходит это по желанию именно России.

Миша Ковальски

Наука и техникаМир

6744

19.10.2020

Реагенты от гололёда наносят вред почве и воде

С каждым годом влияние противогололёдных реагентов усиливается. И речь идёт не о положительном эффекте, а о негативном. Это доказали учёные из Красноярского научного центра СО РАН.

Миша Ковальски

Наука и техникаЭкологияКрасноярск

11260

15.10.2020

На Марсе обнаружили древние дюны и подлёдные озёра

Новые открытия позволили по-новому взглянуть на геологию красной планеты. Так, учёные обнаружили на Марсе древние окаменевшие дюны. По оценкам им насчитывается не менее миллиарда лет. Само по себе наличие дюн на данной планете не является открытием.

Миша Ковальски

Наука и техникаМир

5920

14.10.2020

Нобелевская премия 2020: черные дыры, альтернатива ГМО и другое

Стали известны имена лауреатов Нобелевской премии 2020 года. Удивительно, но в этом году премию получили три очень важных открытия, значимость которых известна уже давно, однако удостоились награды они только сейчас. Так, Нобелевский комитет присудил премию по физике за черные дыры.

Миша Ковальски

Наука и техникаМир

5848

12.10.2020

Химиотерапия может стать менее вредной благодаря учёным из Томска

Раковая опухоль остаётся одной из самых опасных болезней современности. Единственным эффективным методом лечения до сих пор остаётся химиотерапия. Хотя известно, что она наносит вред и здоровым клеткам. Ранее по теме Бабр писал: Проблемы онкологии в Сибири.

Миша Ковальски

Наука и техникаТомск

6291

08.10.2020

Современные старики стали умнее и быстрее

Снижение когнитивных способностей, короткая память, невнимательность, медленная ходьба, да и в целом всех движений. Старость пугает всех, но от неё никому не скрыться. Финские учёные Университета Йювяскюля оповестили о радостной новости.

Миша Ковальски

Наука и техникаМир

7709

29.09.2020

Пение птиц изменилось из-за карантина

Жесткие ограничения, которые были введены из-за пандемии новой коронавирусной инфекции, продолжают влиять на дикую природу. Результаты нового исследования опубликовали учёные из американского Университета Теннесси в ведущем научном международном журнале Science.

Миша Ковальски

Наука и техникаБратья меньшиеМир

7211

26.09.2020

Лица Сибири

Стрельцов Андрей

Бицура Павел

Зимин Виктор

Менг Александр

Прокопьев Анатолий

Беспалов Дмитрий

Салмин Владимир

Васильев Евгений

Шишкин Сергей

Харитонов Арнольд