Учёные впервые получили прямое доказательство питания бактериями у зелёных водорослей

Исследователи зафиксировали изображения зелёной водоросли, поедающей бактерии. Это даёт представление о том, как древние организмы, существовавшие более 1 миллиарда лет назад, могли захватывать свободноживущие фотосинтезирующие клетки. Считается, что это приобретение было критически важным первым шагом в эволюции фотосинтезирующих водорослей и наземных растений. Это, в свою очередь, способствовало росту уровня кислорода в атмосфере и океане Земли и создало одно из условий, необходимых для эволюции животных.

В статье, опубликованной 17 июня в журнале Current Biology, исследователи идентифицируют механизм, с помощью которого зелёная водоросль, напоминающая ранних предков группы, поглощает бактерии. Это предоставляет неопровержимые доказательства процесса, который был предложен, но не был окончательно показан.

"Это поведение предполагалось и ранее, но у нас не было чётких микроскопических доказательств до этого исследования", — сказал Ынсу Ким, доцент-куратор Отдела зоологии беспозвоночных Музея и автор-корреспондент статьи. "Эти результаты дают важные ключи к эволюционному событию, которое фундаментально изменило траекторию эволюции не только фотосинтезирующих водорослей и наземных растений, но и животных".

У зелёных водорослей и наземных растений фотосинтез, или преобразование света в пищу, осуществляется специализированной клеточной структурой, известной как хлоропласт. Происхождение хлоропласта связано с эндосимбиозом — процессом, при котором одноклеточный эукариот (организм, клетки которого содержат ядро) захватывает свободноживущую фотосинтезирующую цианобактерию, но не переваривает её, позволяя фотосинтезирующей клетке со временем эволюционировать в хлоропласт. Однако конкретные механизмы питания для этого процесса до сих пор в значительной степени оставались неизвестными.

В этом исследовании учёные использовали просвечивающую электронную микроскопию, эксперименты по кормлению и окрашиванию, чтобы получить окончательные изображения, показывающие, как примитивная зелёная водоросль из рода Cymbomonas питается бактериями. Водоросль втягивает бактериальные клетки в трубчатый проток через ротовое отверстие, а затем транспортирует эти частицы пищи в большую кислую вакуоль, где происходит переваривание. Сложность этой системы питания у современной фотосинтезирующей водоросли позволяет предположить, что это бактериоядное поведение и уникальный питающий аппарат для его поддержки унаследованы от бесцветных предков зелёных водорослей и наземных растений. Они могли играть важную роль в эволюции ранних фотосинтезирующих эукариот — предшественников растений, таких как деревья и кустарники, покрывающих сегодня Землю.

Работа проводилась в лаборатории Ынсу Кима в Музее и в лаборатории Джона Арчибальда в Университете Далхаузи. Финансирование было предоставлено Американским музеем естественной истории и Японским обществом содействия науке.