Hai Habr! Baru-baru ini saya menemukan keajaiban moluska "fotosintesis" dan memutuskan untuk menulis tentang fotosintesis bukan pada tanaman. Saya memperingatkan Anda segera, teks dengan sedikit humor dan di beberapa tempat sembrono.
Untuk mempermudah, kita mulai dengan sebuah definisi. Fotosintesis adalah proses mengubah energi cahaya yang diserap oleh tubuh menjadi energi kimia senyawa organik (dan anorganik).
Tumbuhan dan cyanobacteria memiliki kemampuan fotosintesis, tetapi hewan tidak, yang membuatnya sangat bergantung pada sumber makanan, yaitu senyawa organik yang disiapkan. Dan betapa menariknya bagi hewan untuk belajar mensintesis ... Bayangkan kawanan ayam hijau, sapi ... siswa bergegas mengejar matahari, berenang di bawah sinarnya ... Mereka hampir tidak memerlukan apa-apa selain sinar matahari. Fiksi, bukan?
Namun, dalam proses evolusi, organisme serupa telah muncul. Ada proses memasukkan ke dalam sel-sel satu organisme sel-sel dari organisme lain (termasuk fotosintesis), yang berakar di sana dan menjadi endosimbion. Endosimbiosis antara sel eukariotik dan cyanobacteria terjadi sekitar 1,5 miliar tahun yang lalu. Kemudian analog pertama kloroplas modern muncul.
Momen lucu. Nenek moyang beberapa organisme fotosintesis tidak pernah masuk langsung ke endosimbiosis dengan cyanobacteria - mereka mengasimilasi sel-sel ganggang, sambil mengambil fotosintesis dari mereka. Fenomena ini disebut "endosimbiosis sekunder." Ini menjelaskan keberadaan dalam cangkang kloroplas dari beberapa organisme lebih dari dua membran dan nukleus yang sangat berkurang (nucleomorph) yang telah kehilangan signifikansinya. Perwakilan khas dari organisme semacam itu adalah alga ochrophyte (Ochrophyta). Endosimbiosis juga bisa tersier dan jarang terjadi pada kuartener. Tapi itu tidak masalah bagi kami sekarang.
Fotosintesis pada hewan
Endofotosimbion (cyanobacteria, mikroalga, atau kloroplas aktif secara fungsional) ditemukan dalam moluska, spons, karang, anemon, hydra, cacing, dan ascid. Dan kita akan mulai dalam urutan yang meningkat. Dari minimal menggunakan symbionts mereka, kepada mereka yang mereka beri makan seumur hidup mereka.
Upaya untuk membuat
Selama lebih dari satu dekade, mereka telah berusaha menciptakan simbiosis semacam itu. Dalam Yu.S. yang dijelaskan Dalam percobaan Chechen, kloroplas dimasukkan ke dalam fibroblas tikus dengan pinositosis, tidak diserang oleh sistem kekebalan tubuh dan, tetap utuh, mempertahankan kemampuan fotosintesis selama lima generasi sel. Berbagai upaya dilakukan untuk mengolah kloroplas dalam media nutrisi buatan: kloroplas melakukan proses fotosintesis dan sintesis RNA, bertahan selama sekitar 100 jam dan mempertahankan kemampuan untuk membagi selama sekitar 24 jam.
Namun, penggunaan kloroplas tanaman tingkat tinggi untuk menciptakan organisme mixotrophic harus dianggap sebagai pendekatan yang sia-sia. Bagaimanapun, mereka telah kehilangan sebagian besar genomnya (ditransfer ke nukleus) dan tidak dapat hidup lama dalam isolasi dari sel inang.
Sebagai contoh, ambil enzim RuBisCo (ribulose-bifosfat karboksilase), yang mengkatalisis penambahan karbon dioksida menjadi ribulosa-1,5-bifosfat dan memulai siklus Calvin. Ini adalah enzim yang paling penting dalam fase gelap fotosintesis. Ini terdiri dari dua subunit, besar dan kecil. Pada ganggang hijau dan tanaman tingkat tinggi, subunit besar dikodekan oleh genom plastid, dan subunit kecil oleh genom nuklir. Jadi tanpa inti sel inang, kloroplas tidak dapat diregangkan.
Namun, ada satu Istria yang hampir berhasil.
Orang-orang ini berhasil memperkenalkan thermophilic cyanobacteria
Synechococcus elongatus ke dalam sel makrofag dan bahkan memulai proses pembelahan di dalamnya. Dengan cara yang sama, mereka memperkenalkan mereka ke dalam embrio ikan Danio rerio dan membesarkan ikan ini hingga dewasa. Visualisasi percobaan dipastikan oleh fakta bahwa gen yang mengkode sintesis protein fluoresen awalnya dimasukkan ke dalam cyanobacteria, dan benur Danio transparan dan bertahan hidup dengan baik di akuarium. Bakteri
tidak mati, tetapi tidak dapat memberikan energi dan zat dalam jumlah yang signifikan untuk mengubah perkembangan ikan itu sendiri atau nutrisi.
Sel-sel cyanobacteria fluoresen ditandai dengan warna merah.
Contoh alami
Ambistoma Bercak Kuning
Warna hijau salamander
Ambystoma maculatum adalah karena kehadiran alga endosimbiotik
Oophila ambistomatis . Alga menyerap produk pertukaran nitrogen dari embrio, memberikannya oksigen yang dihasilkan dari fotosintesis. Selain itu, pertukaran karbohidrat dapat terjadi di antara mereka, seperti yang ditunjukkan oleh kedekatan lokasi sel-sel ganggang imitochondria di betis. [di sini ada tautan ke artikel
yang tertarik dengan detail ]
Hydra Green
Hydra viridissima, masuk ke endosimbiosis dengan zoochlorella. Zoochlorella yang hidup di dalam selnya membelah 32 kali lebih lambat dari organisme yang hidup bebas, yang dikaitkan dengan penghambatan pertumbuhannya. Hydra dapat mencerna, atau mengeluarkan kelebihan simbion dari selnya, tetapi ini masih diamati hanya dalam kondisi laboratorium.
Telah ditunjukkan bahwa hydra non-fotosintesis membelah lebih cepat dan tumbuh lebih besar daripada yang fotosintesis. Hal ini disebabkan oleh kebutuhan akan hidra hijau untuk mengoordinasikan pertumbuhan mereka dan pertumbuhan zoochlorell, serta untuk mengendalikan aktivitas mereka. Mereka ditandai oleh sejumlah kecil aktivator pertumbuhan dibandingkan dengan jumlah inhibitor, yang meningkatkan ukuran sel inang dan menciptakan lebih banyak ruang untuk pertumbuhan dan perkembangan alga. Faktor-faktor internal berinteraksi sedemikian rupa sehingga endosimbiosis stabil dalam hidra besar tidak dimungkinkan.
Siput
Jadi kami datang ke kawan-kawan yang paling menarik. Bahkan, jauh dari satu siput "bisa" berfotosintesis. Perwakilan dari berbagai taksa, seperti Conchoidea, Stiligeroidea, dan Elysioidea, dapat melakukan ini.
Manis di foto di bagian atas halaman adalah 5 mm
Costasiella kuroshimae . Dan jika Anda ingin mengenalnya, Anda berada di Okinawa. Tapi dia bukan satu-satunya dan bukan siput yang paling banyak dipelajari dari jenisnya. Ada lagi -
Elysia chlorotica . Dia sedikit lebih besar dari kerabatnya (hingga 6 cm) dan tinggal di pantai Atlantik di AS dan Kanada. Dan di sini saya akan membahasnya lebih terinci.
Dia, seperti pendahulunya, adalah siput laut yang bangga.
Dia menerima kloroplas selama kleptoplasti - pengisapan organel dari sel ganggang. Siput muda secara mandiri memakan alga
Vaucheria litorea selama kurang lebih dua minggu, sedangkan kloroplas tidak mencernanya, tetapi disimpan di dalam sel-sel usus bercabang. Kemudian siput berhenti makan dan sepenuhnya beralih ke penggunaan energi cahaya. Dalam kondisi laboratorium, di "leher kloroplas" itu dapat menggantung sepanjang hidupnya. Ini sekitar 8-9 bulan (jika ringan dan karbon dioksida tersedia)
Dalam hal periode yang tidak menguntungkan, atau dalam gelap, ia dapat mencerna kloroplas, kemudian ia kembali harus mengekstraknya dari ganggang.
Berkat transfer gen horizontal ...
Jadi, ada transfer horizontal, dan ada yang vertikal. Vertikal adalah pemindahan gen dari organisme leluhur ke tubuh anak, horizontal adalah transfer ke tubuh anak yang bukan anak. Artinya, dari ayah dengan ibu kepada Anda - vertikal. Bakteri memakan DNA orang lain dan membuatnya secara horizontal.
... jadi
Elysia chlorotica mampu mempertahankan fungsi plastid yang diserap untuk waktu yang lama hanya karena transfer horizontal.
Sebagai contoh, ia secara independen mensintesis klorofil a dan b .
Biasanya, 80-90% protein plastid dan mitokondria dikodekan dalam genom nuklir. Oleh karena itu, mereka tidak dapat bertahan untuk waktu yang lama tanpa inti sel inang. Namun, siput licik itu, tampaknya, "meminjam" gen yang diperlukan dari genom alga dan
cukup mengekspresikannya pada dirinya sendiri . Setidaknya ini dibuktikan dengan transkripsi tingkat tinggi dan terjemahan komponen penyerap cahaya bahkan pada bulan ke-8 setelah "pemukiman kembali" kloroplas (yang tidak mungkin tanpa partisipasi inti sel tanaman).
Kesimpulannya, tentang yang sedih. Hidupnya sama sekali tidak bahagia seperti kelihatannya. Setelah berkembang biak, mereka mati. Apa yang disebabkan oleh aktivitas virus yang hidup dalam sel-selnya.
Ini adalah kisah seperti itu. Selamat menikmati minggu yang baik dan hangat di musim gugur.
Kemuliaan bagi Fotosintesis!