Hallo Habr! Kürzlich bin ich auf dieses Wunder einer „photosynthetischen“ Molluske gestoßen und habe beschlossen, über die Photosynthese nicht in Pflanzen zu schreiben. Ich warne Sie sofort, der Text mit ein wenig Humor und an einigen Stellen leichtfertig.
Der Einfachheit halber beginnen wir mit einer Definition. Die Photosynthese ist der Prozess der Umwandlung der vom Körper absorbierten Lichtenergie in die chemische Energie organischer (und anorganischer) Verbindungen.
Pflanzen und Cyanobakterien haben die Fähigkeit zur Photosynthese, Tiere jedoch nicht, was sie streng abhängig von Nahrungsquellen macht, d. H. Hergestellten organischen Verbindungen. Und wie attraktiv es für Tiere wäre, zu lernen, wie man synthetisiert ... Stellen Sie sich Herden grüner Hühner, Kühe ... Studenten vor, die der Sonne nacheilen, in ihren Strahlen schwimmen ... Sie brauchen fast nichts als Sonnenlicht. Fiktion, nicht wahr?
Im Verlauf der Evolution sind jedoch bereits ähnliche Organismen entstanden. Es gab einen Prozess, bei dem die Zellen eines anderen Organismus (einschließlich Photosynthese) in die Zellen eines Organismus eingeführt wurden, die dort Wurzeln schlugen und zu Endosymbionten wurden. Die Endosymbiose zwischen einer eukaryotischen Zelle und Cyanobakterien trat vor ungefähr 1,5 Milliarden Jahren auf. Dann erschienen die ersten Analoga moderner Chloroplasten.
Lustiger Moment. Die Vorfahren einiger photosynthetischer Organismen gingen nie direkt in die Endosymbiose mit Cyanobakterien ein - sie assimilierten Algenzellen und nahmen ihnen die Photosynthese ab. Dieses Phänomen wird als "sekundäre Endosymbiose" bezeichnet. Dies erklärt das Vorhandensein von Chloroplasten einiger Organismen von mehr als zwei Membranen in der Schale und eines stark reduzierten Kerns (Nucleomorph), der seine Bedeutung verloren hat. Typische Vertreter solcher Organismen sind Ochrophytenalgen (Ochrophyta). Endosymbiose kann auch tertiär und seltener quaternär sein. Aber das ist jetzt für uns nicht wichtig.
Photosynthese bei Tieren
Endophotosymbionten (Cyanobakterien, Mikroalgen oder ihre funktionell aktiven Chloroplasten) wurden in Mollusken, Schwämmen, Korallen, Anemonen, Hydras, Würmern und Asciden gefunden. Und wir werden in aufsteigender Reihenfolge beginnen. Von der minimalen Verwendung ihrer Symbionten bis zu denen, die sie ihr ganzes Leben lang ernähren.
Versuche zu erstellen
Seit mehr als einem Jahrzehnt versuchen sie, eine solche Symbiose zu schaffen. In der beschriebenen Yu.S. In den tschetschenischen Experimenten wurden Chloroplasten durch Pinozytose in Fibroblasten von Mäusen eingeführt, wurden vom Immunsystem nicht angegriffen und behielten, während sie intakt blieben, die Fähigkeit zur Photosynthese für fünf Zellgenerationen bei. Es wurde versucht, Chloroplasten in künstlichen Nährmedien zu kultivieren: Chloroplasten führten Photosyntheseprozesse und RNA-Synthese durch, waren etwa 100 Stunden lang intakt und behielten die Fähigkeit, sich etwa 24 Stunden lang zu teilen.
Die Verwendung von Chloroplasten höherer Pflanzen zur Erzeugung eines mixotrophen Organismus sollte jedoch als vergeblicher Ansatz angesehen werden. Immerhin haben sie den größten Teil ihres Genoms verloren (auf den Kern übertragen) und können nicht lange isoliert von der Wirtszelle existieren.
Nehmen Sie zum Beispiel das RuBisCo-Enzym (Ribulose-Bisphosphat-Carboxylase), das die Zugabe von Kohlendioxid zu Ribulose-1,5-Bisphosphat katalysiert und den Calvin-Zyklus startet. Dies ist das wichtigste Enzym in der Dunkelphase der Photosynthese. Es besteht aus zwei großen und kleinen Untereinheiten. In Grünalgen und höheren Pflanzen werden große Untereinheiten vom Plastidengenom und kleine vom Kerngenom kodiert. Ohne einen Wirtszellkern kann der Chloroplast also nicht gedehnt werden.
Es gibt jedoch eine nahezu erfolgreiche Istrien.
Diesen Jungs gelang es, die thermophilen Cyanobakterien
Synechococcus elongatus in Makrophagenzellen einzuführen und sogar Teilungsprozesse darin zu starten. Auf die gleiche Weise führten sie sie in die Embryonen von Danio rerio-Fischen ein und zogen diese Fische bis ins Erwachsenenalter auf. Die Visualisierung des Experiments wurde durch die Tatsache sichergestellt, dass ein Gen, das die Synthese von fluoreszierendem Protein codiert, vorläufig in die Cyanobakterien eingeführt wurde und die Danio-Brut transparent ist und in einem Aquarium gut überlebt. Bakterien
starb nicht, konnte aber keine nennenswerte Menge an Energie und Substanzen abgeben, um die Entwicklung des Fisches selbst oder seine Ernährung zu verändern.
Fluoreszierende Cyanobakterienzellen sind rot markiert.
Natürliche Beispiele
Gelb geflecktes Ambistom
Die grüne Farbe der Salamander von
Ambystoma maculatum ist auf das Vorhandensein der endosymbiotischen Alge
Oophila ambistomatis zurückzuführen . Algen absorbieren die Produkte des Stickstoffaustauschs des Embryos und geben ihm den Sauerstoff, der aus der Photosynthese resultiert. Zusätzlich kann ein Austausch von Kohlenhydraten zwischen ihnen stattfinden, was durch die Nähe des Ortes der Zellen der Algenimitochondrien im Kalb angezeigt wird. [hier ist ein Link zu dem Artikel,
der an den Details interessiert ist ]
Hydra Green
Hydra viridissima geht mit Zoochlorella eine Endosymbiose ein. In ihren Zellen lebende Zoochlorellen teilen sich 32-mal langsamer als frei lebende Organismen, was mit einer Hemmung ihres Wachstums verbunden ist. Hydra kann einen Überschuss an Symbionten aus seinen Zellen verdauen oder ausstoßen, dies wird jedoch nur unter Laborbedingungen beobachtet.
Es wurde gezeigt, dass sich nicht-photosynthetische Hydras schneller teilen und größer werden als photosynthetische. Dies ist auf die Notwendigkeit zurückzuführen, dass grüne Hydras ihr Wachstum und das Wachstum von Zoochlorellen koordinieren und ihre Aktivität kontrollieren müssen. Sie zeichnen sich durch eine relativ geringe Anzahl von Wachstumsaktivatoren im Vergleich zur Anzahl von Inhibitoren aus, was die Größe der Wirtszellen erhöht und mehr Raum für das Wachstum und die Entwicklung von Algen schafft. Interne Faktoren interagieren so, dass eine stabile Endosymbiose in einer großen Hydra nicht möglich ist.
Schnecke
Und so kamen wir zu den interessantesten Kameraden. In der Tat, weit entfernt von einer Schnecke "kann" Photosynthese. Vertreter verschiedener Taxa wie Conchoidea, Stiligeroidea und Elysioidea können dies tun.
Die Süße auf dem Foto oben auf der Seite ist 5 mm
Costasiella kuroshimae . Und wenn Sie ihn kennenlernen wollen, sind Sie in Okinawa. Aber er ist nicht der einzige und nicht der am besten untersuchte seiner Art. Es gibt noch eine andere -
Elysia chlorotica . Er ist etwas größer als sein Verwandter (bis zu 6 cm) und lebt an der Atlantikküste der USA und Kanadas. Und hier werde ich näher darauf eingehen.
Er ist wie sein Vorgänger eine stolze Meeresschnecke.
Er erhält Chloroplasten während der Kleptoplastik - das Absaugen von Organellen aus Algenzellen. Junge Schnecken ernähren sich ungefähr zwei Wochen lang unabhängig von
Vaucheria litorea- Algen, während die Chloroplasten sie nicht verdauen, sondern sich in den Zellen des verzweigten Darms ablagern. Dann hört die Schnecke auf zu fressen und schaltet vollständig auf Lichtenergie um. Unter Laborbedingungen kann es sein ganzes Leben lang am "Hals der Chloroplasten" hängen. Dies ist ungefähr 8-9 Monate (wenn es hell ist und Kohlendioxid verfügbar ist)
Im Falle einer ungünstigen Zeit oder im Dunkeln kann er Chloroplasten verdauen, dann muss er sie erneut aus Algen extrahieren.
Dank horizontalem Gentransfer ...
Es gibt also eine horizontale Übertragung und eine vertikale. Vertikal ist die Übertragung von Genen vom Körper des Vorfahren auf den Körper des Nachwuchses, horizontal ist die Übertragung eines Nepotoms auf den Körper. Das heißt, von Papa mit Mama bis zu dir - vertikal. Das Bakterium aß die DNA eines anderen und baute sie ein - horizontal.
... so kann
Elysia chlorotica die Funktion der absorbierten Plastiden aufgrund der horizontalen Übertragung für lange Zeit aufrechterhalten.
Beispielsweise synthetisiert es unabhängig voneinander die Chlorophylle a und b .
Typischerweise sind 80-90% der Plastiden- und Mitochondrienproteine im Kerngenom kodiert. Daher können sie ohne den Wirtszellkern nicht lange überleben. Die schlaue Schnecke "entlehnte" jedoch anscheinend die notwendigen Gene aus dem Algengenom und
drückt sie sich selbst gegenüber aus . Zumindest zeigt sich dies an der hohen Transkription und Translation lichtabsorbierender Komponenten auch im 8. Monat nach der „Neuansiedlung“ von Chloroplasten (was ohne die Beteiligung des Pflanzenzellkerns nicht möglich ist).
Abschließend über das Traurige. Sein Leben ist überhaupt nicht so glücklich, wie es scheint. Nach der Zucht sterben sie. Was ist auf die Aktivität des in seinen Zellen lebenden Virus zurückzuführen?
Hier ist so eine Geschichte. Ich wünsche Ihnen eine gute Woche und warme Herbsttage.
Ruhm der Photosynthese!