Salut Habr! Récemment, je suis tombé sur ce miracle d'un mollusque «photosynthétique» et j'ai décidé d'écrire sur la photosynthèse pas dans les plantes. Je vous préviens tout de suite, le texte avec un peu d'humour et à certains endroits frivole.
Par souci de simplicité, nous commençons par une définition. La photosynthèse est le processus de transformation de l'énergie de la lumière absorbée par le corps en énergie chimique des composés organiques (et inorganiques).
Les plantes et les cyanobactéries ont la capacité de photosynthèse, mais pas les animaux, ce qui les rend strictement dépendantes des sources de nourriture, c'est-à-dire des composés organiques préparés. Et comme il serait attrayant pour les animaux d'apprendre à synthétiser ... Imaginez des troupeaux de poulets verts, des vaches ... des élèves se dépêchant après le soleil, nageant dans ses rayons ... Ils n'ont besoin que de la lumière du soleil. La fiction, n'est-ce pas?
Cependant, au cours de l'évolution, des organismes similaires sont déjà apparus. Il y avait un processus d'introduction dans les cellules d'un organisme (y compris la photosynthèse) des cellules d'un autre organisme, qui s'y sont implantées et sont devenues des endosymbiontes. L'endosymbiose entre une cellule eucaryote et des cyanobactéries s'est produite il y a environ 1,5 milliard d'années. Ensuite, les premiers analogues des chloroplastes modernes sont apparus.
Moment drôle. Les ancêtres de certains organismes photosynthétiques ne sont jamais entrés directement dans l'endosymbiose avec des cyanobactéries - ils ont assimilé les cellules d'algues, tout en leur prélevant la photosynthèse. Ce phénomène est appelé «endosymbiose secondaire». Cela explique la présence dans la coquille de chloroplastes de certains organismes de plus de deux membranes et d'un noyau fortement réduit (nucléomorphe) qui a perdu de son importance. Les représentants typiques de ces organismes sont les algues ochrophytes (Ochrophyta). L'endosymbiose peut également être tertiaire et moins souvent quaternaire. Mais cela n'a plus d'importance pour nous maintenant.
Photosynthèse chez les animaux
Des endophotosymbiontes (cyanobactéries, microalgues ou leurs chloroplastes fonctionnellement actifs) ont été trouvées dans des mollusques, des éponges, des coraux, des anémones, des hydres, des vers et des ascides. Et nous commencerons par ordre croissant. De l'utilisation minimale de leurs symbiotes à ceux qu'ils nourrissent toute leur vie.
Tentatives de création
Depuis plus d'une décennie, ils tentent de créer une telle symbiose. Dans le Yu.S. décrit Dans les expériences tchétchènes, les chloroplastes ont été introduits dans les fibroblastes de souris par pinocytose, n'ont pas été attaqués par le système immunitaire et, en restant intacts, ont conservé la capacité de photosynthèse pendant cinq générations cellulaires. Des tentatives ont été faites pour cultiver des chloroplastes dans des milieux nutritifs artificiels: les chloroplastes ont effectué des processus de photosynthèse et de synthèse d'ARN, ont été intacts pendant environ 100 heures et ont conservé la capacité de se diviser pendant environ 24 heures.
Cependant, l'utilisation de chloroplastes de plantes supérieures pour créer un organisme mixotrophique doit être considérée comme une approche futile. Après tout, ils ont perdu la majeure partie de leur génome (transféré dans le noyau) et ne peuvent pas exister longtemps sans être isolés de la cellule hôte.
Par exemple, prenez l'enzyme RuBisCo (ribulose-bisphosphate carboxylase), qui catalyse l'addition de dioxyde de carbone au ribulose-1,5-bisphosphate et démarre le cycle de Calvin. Il s'agit de l'enzyme la plus importante dans la phase sombre de la photosynthèse. Il se compose de deux sous-unités, grande et petite. Dans les algues vertes et les plantes supérieures, les grandes sous-unités sont codées par le génome plastidien et les petites par le génome nucléaire. Ainsi, sans noyau de cellule hôte, le chloroplaste ne peut pas être étiré.
Cependant, il y a une Istrie presque réussie.
Ces enfants ont réussi à introduire les cyanobactéries thermophiles
Synechococcus elongatus dans les cellules des macrophages et même à y démarrer des processus de division. De la même manière, ils les ont introduits dans les embryons de poissons Danio rerio et ont élevé ces poissons à l'âge adulte. La visualisation de l'expérience a été assurée par le fait qu'un gène codant pour la synthèse de la protéine fluorescente a été préalablement introduit dans les cyanobactéries, et les alevins Danio sont transparents et survivent bien dans un aquarium. Les bactéries
n'est pas mort, mais n'a pas pu fournir une quantité importante d'énergie et de substances pour modifier le développement du poisson lui-même ou sa nutrition.
Les cellules de cyanobactéries fluorescentes sont marquées en rouge.
Exemples naturels
Ambistoma à taches jaunes
La couleur verte des salamandres d'
Ambystoma maculatum est due à la présence de l'algue endosymbiotique
Oophila ambistomatis . Les algues absorbent les produits de l'échange d'azote de l'embryon, lui donnant l'oxygène résultant de la photosynthèse. De plus, un échange de glucides peut se produire entre eux, comme l'indique la proximité de l'emplacement des cellules d'imitochondries d'algues dans le veau. [voici un lien vers l'article
qui s'intéresse aux détails ]
Hydra Green
Hydra viridissima, entre en endosymbiose avec zoochlorella. Les zoochlorelles vivant à l'intérieur de leurs cellules se divisent 32 fois plus lentement que les organismes vivant en liberté, ce qui est associé à l'inhibition de leur croissance. L'hydre peut digérer ou expulser un excès de symbiotes de ses cellules, mais cela n'est encore observé qu'en conditions de laboratoire.
Il a été démontré que les hydres non photosynthétiques se divisent plus rapidement et grossissent plus que les hydres photosynthétiques. Cela est dû à la nécessité pour les hydres verts de coordonner leur croissance et la croissance des zoochlorules, ainsi que de contrôler leur activité. Ils sont caractérisés par un nombre relativement faible d'activateurs de croissance par rapport au nombre d'inhibiteurs, ce qui augmente la taille des cellules hôtes et crée plus d'espace pour la croissance et le développement des algues. Les facteurs internes interagissent de telle manière qu'une endosymbiose stable dans une grande hydre n'est pas possible.
Limace
Et nous sommes donc arrivés aux camarades les plus intéressants. En fait, loin d'une limace "peut" photosynthétiser. Les représentants de divers taxons, tels que Conchoidea, Stiligeroidea et Elysioidea, peuvent le faire.
La mignonne sur la photo en haut de la page est 5 mm
Costasiella kuroshimae . Et si vous voulez le connaître, vous êtes à Okinawa. Mais il n'est pas le seul et non le limace le plus étudié du genre. Il y en a un autre -
Elysia chlorotica . Il est un peu plus grand que son parent (jusqu'à 6 cm) et vit sur la côte atlantique des États-Unis et du Canada. Et ici, je m'y attarderai plus en détail.
Il est, comme son prédécesseur, un fier limace de mer.
Il reçoit des chloroplastes pendant la kleptoplastie - l'aspiration d'organites des cellules d'algues. Les jeunes limaces se nourrissent indépendamment des algues
Vaucheria litorea pendant environ deux semaines, tandis que les chloroplastes ne les digèrent pas, mais se déposent dans les cellules de l'intestin ramifié. Ensuite, la limace cesse de manger et passe complètement à l'utilisation de l'énergie lumineuse. En laboratoire, au "col des chloroplastes" il peut pendre toute sa vie. Cela prend environ 8 à 9 mois (s'il est léger et que le dioxyde de carbone est disponible)
En cas de période défavorable, ou dans l'obscurité, il peut digérer les chloroplastes, puis il doit à nouveau les extraire des algues.
Grâce au transfert horizontal de gènes ...
Donc, il y a transfert horizontal et vertical. Vertical est le transfert de gènes de l'organisme de l'ancêtre au corps de la progéniture, horizontal est le transfert au corps d'un non-enfant. Autrement dit, de papa avec maman à vous - vertical. La bactérie a mangé l'ADN de quelqu'un d'autre et l'a intégré - horizontalement.
... donc
Elysia chlorotica est capable de maintenir le fonctionnement des plastes absorbés pendant une longue période uniquement grâce au transfert horizontal.
Par exemple, il synthétise indépendamment les chlorophylles a et b .
En règle générale, 80 à 90% des protéines plastidiques et mitochondriales sont codées dans le génome nucléaire. Par conséquent, ils ne peuvent pas survivre longtemps sans le noyau de la cellule hôte. Cependant, la limace sournoise a apparemment "emprunté" les gènes nécessaires au génome des algues et les
exprime tout à fait . Au moins, cela est démontré par le niveau élevé de transcription et de traduction des composants absorbant la lumière, même au 8ème mois après la «réinstallation» des chloroplastes (ce qui n'est pas possible sans la participation du noyau cellulaire végétal).
En conclusion, sur le triste. Sa vie n'est pas du tout aussi heureuse qu'il n'y paraît. Après la reproduction, ils meurent. Ce qui est dû à l'activité du virus vivant dans ses cellules.
Voici une telle histoire. Passez une bonne semaine et chauds les derniers jours d'automne.
Gloire à la photosynthèse!