Oi Habr! Recentemente me deparei com esse milagre de um molusco “fotossintético” e decidi escrever sobre fotossíntese, não em plantas. Eu te aviso imediatamente, o texto com uma pequena quantidade de humor e, em alguns lugares, frívolo.
Para simplificar, começamos com uma definição. A fotossíntese é o processo de transformar a energia da luz absorvida pelo corpo em energia química de compostos orgânicos (e inorgânicos).
As plantas e as cianobactérias têm a capacidade de fotossíntese, mas os animais não, o que os torna estritamente dependentes de fontes alimentares, isto é, compostos orgânicos preparados. E como seria atraente para os animais aprenderem a sintetizar ... Imagine bandos de galinhas verdes, vacas ... estudantes correndo atrás do sol, nadando em seus raios ... Eles precisam de quase nada além da luz do sol. Ficção, não é?
No entanto, no processo de evolução, organismos semelhantes já surgiram. Houve um processo de introduzir nas células de um organismo as células de outro organismo (incluindo a fotossíntese), que se enraizou ali e se torna endossimbionte. A endossimbiose entre uma célula eucariótica e cianobactérias ocorreu aproximadamente 1,5 bilhão de anos atrás. Então surgiram os primeiros análogos dos cloroplastos modernos.
Momento engraçado. Os ancestrais de alguns organismos fotossintéticos nunca entraram diretamente na endossimbiose com cianobactérias - eles assimilaram as células de algas enquanto tiravam a fotossíntese delas. Esse fenômeno é chamado de "endossimbiose secundária". Isso explica a presença na casca de cloroplastos de alguns organismos com mais de duas membranas e um núcleo fortemente reduzido (nucleomorfismo) que perdeu seu significado. Os representantes típicos de tais organismos são as algas ocrófitas (Ochrophyta). A endossimbiose também pode ser terciária e menos frequentemente quaternária. Mas isso não importa para nós agora.
Fotossíntese em animais
Endofotosimbiontes (cianobactérias, microalgas ou seus cloroplastos funcionalmente ativos) foram encontrados em moluscos, esponjas, corais, anêmonas, hidras, vermes e ascídeos. E começaremos em ordem crescente. De usar minimamente seus simbiontes, àqueles a quem eles alimentam a vida inteira.
Tentativas de criar
Há muitas décadas, eles tentam criar essa simbiose. No descrito Yu.S. Nos experimentos chechenos, os cloroplastos foram introduzidos nos fibroblastos dos camundongos por pinocitose, não foram atacados pelo sistema imunológico e, permanecendo intactos, mantiveram a capacidade de fotossíntese por cinco gerações celulares. Tentativas foram feitas para cultivar cloroplastos em meios nutritivos artificiais: os cloroplastos realizaram processos fotossintéticos e síntese de RNA, permaneceram intactos por cerca de 100 horas e mantiveram a capacidade de se dividir por cerca de 24 horas.
No entanto, o uso de cloroplastos de plantas superiores, a fim de criar um organismo mixotrófico, deve ser considerado uma abordagem fútil. Afinal, eles perderam a maior parte de seu genoma (transferidos para o núcleo) e não podem existir por um longo tempo isolados da célula hospedeira.
Por exemplo, pegue a enzima RuBisCo (ribulose-bifosfato carboxilase), que catalisa a adição de dióxido de carbono à ribulose-1,5-bifosfato e inicia o ciclo de Calvin. Esta é a enzima mais importante na fase escura da fotossíntese. É composto por duas subunidades, grandes e pequenas. Nas algas verdes e nas plantas superiores, as subunidades grandes são codificadas pelo genoma do plastídeo e as pequenas pelo genoma nuclear. Portanto, sem um núcleo de célula hospedeira, o cloroplasto não pode ser esticado.
No entanto, há uma Ístria quase bem sucedida.
Essas crianças conseguiram introduzir a cianobactéria termofílica
Synechococcus elongatus nas células de macrófagos e até iniciar processos de divisão nela. Da mesma forma, eles os introduziram nos embriões dos peixes Danio rerio e os criaram até a idade adulta. A visualização do experimento foi assegurada pelo fato de que um gene que codifica a síntese de proteína fluorescente foi introduzido preliminarmente nas cianobactérias, e os alevinos do Danio são transparentes e sobrevivem bem em um aquário. Bactérias
não morreu, mas não pôde fornecer nenhuma quantidade significativa de energia e substâncias para alterar o desenvolvimento do próprio peixe ou sua nutrição.
As células de cianobactérias fluorescentes estão marcadas em vermelho.
Exemplos naturais
Ambistoma manchado amarelo
A cor verde das salamandras de
Ambystoma maculatum é devida à presença da alga endossimbiótica
Oophila ambistomatis . As algas absorvem os produtos da troca de nitrogênio do embrião, fornecendo o oxigênio resultante da fotossíntese. Além disso, uma troca de carboidratos pode ocorrer entre eles, como indicado pela proximidade da localização das células das algas imitocondriais no bezerro. [aqui está um link para o artigo
que está interessado nos detalhes ]
Hydra Green
Hydra viridissima, entra em endossimbiose com zooclorela. A Zooclorela que vive dentro de suas células se divide 32 vezes mais lentamente que os organismos de vida livre, o que está associado à inibição de seu crescimento. Hydra pode digerir ou expulsar um excesso de simbiontes de suas células, mas isso ainda é observado apenas em condições de laboratório.
Foi demonstrado que hidras não fotossintéticas se dividem mais rapidamente e crescem maiores que as fotossintéticas. Isso ocorre devido à necessidade de hidras verdes coordenarem seu crescimento e o crescimento de zooclorelas, bem como controlar sua atividade. Eles são caracterizados por um número relativamente pequeno de ativadores de crescimento em comparação com o número de inibidores, o que aumenta o tamanho das células hospedeiras e cria mais espaço para o crescimento e desenvolvimento de algas. Fatores internos interagem de tal maneira que a endossimbiose estável em uma hidra grande não é possível.
Slug
E assim chegamos aos camaradas mais interessantes. De fato, longe de uma lesma "pode" fotossintetizar. Representantes de vários táxons, como Conchoidea, Stiligeroidea e Elysioidea, podem fazer isso.
A gracinha da foto no topo da página é de 5 mm
Costasiella kuroshimae . E se você quer conhecê-lo, você está em Okinawa. Mas ele não é o único e não o lesma mais estudado do gênero. Há outra -
Elysia chlorotica . Ele é um pouco maior que seu parente (até 6 cm) e vive na costa atlântica dos EUA e Canadá. E aqui vou me debruçar sobre isso em mais detalhes.
Ele, como seu antecessor, é um orgulhoso lesma do mar.
Ele recebe cloroplastos durante a cleptoplastia - a sucção de organelas das células das algas.
Lesmas jovens se alimentam independentemente
das algas
Vaucheria litorea por aproximadamente duas semanas, enquanto os cloroplastos não as digerem, mas são depositadas nas células do intestino ramificado. Então a lesma para de comer e muda completamente para o uso de energia luminosa. Em condições de laboratório, o "pescoço dos cloroplastos" pode durar toda a sua vida. São aproximadamente 8 a 9 meses (se houver luz e dióxido de carbono disponível)
No caso de um período desfavorável, ou no escuro, ele pode digerir cloroplastos, e novamente precisa extraí-los das algas.
Graças à transferência horizontal de genes ...
Portanto, há transferência horizontal e vertical. Vertical é a transferência de genes do corpo do ancestral para o corpo da prole, horizontal é a transferência para o corpo de um nepotom. Ou seja, do pai com a mãe para você - vertical. A bactéria comeu o DNA de outra pessoa e o incorporou - na horizontal.
... então a
Elysia chlorotica é capaz de manter o funcionamento dos plastídeos absorvidos por um longo tempo apenas devido à transferência horizontal.
Por exemplo, sintetiza independentemente as clorofilas a e b .
Normalmente, 80-90% das proteínas plastídicas e mitocondriais são codificadas no genoma nuclear. Portanto, eles não podem sobreviver por um longo tempo sem o núcleo da célula hospedeira. No entanto, a lesma astuta, aparentemente, "emprestou" os genes necessários do genoma das algas e o
expressa bastante a si mesma . Pelo menos isso é evidenciado pelo alto nível de transcrição e tradução de componentes absorvedores de luz, mesmo no 8º mês após o “reassentamento” dos cloroplastos (o que não é possível sem a participação do núcleo da célula vegetal).
Em conclusão, sobre o triste. Sua vida não é tão feliz quanto parece. Após a criação, eles morrem. O que é devido à atividade do vírus que vive em suas células.
Aqui está uma história. Tenha uma boa semana e dias quentes de outono.
Glória à fotossíntese!