Хлоропласты могли сначала производить энергию, а потом переключиться на фотосинтез

Новое исследование предполагает, что древние предшественники хлоропластов, возможно, сначала снабжали клетку химической энергией (АТФ), и лишь позже их основной функцией стало усвоение углерода.

• Контекст: Хлоропласты — это органеллы растений, произошедшие от цианобактерий в результате эндосимбиоза. Традиционно считается, что их главная роль — фотосинтез.

• Вопрос исследования: Какую химическую роль выполнял примитивный симбионт-предшественник для клетки-хозяина? Усвоение углерода, синтез АТФ или и то, и другое?

• Метод: Учёные сфокусировались на ключевом белке — ADP/ATP carrier translocase, который обменивает АТФ и АДФ через мембрану органелл. Они сравнили активность этих переносчиков из хлоропластов наземных растений, красных водорослей и глаукофитов (чьи пластиды считаются более древними).

• Эксперимент: Исследователи создали искусственный эндосимбиоз, заставив дрожжевые клетки зависеть от энергии, поставляемой генетически модифицированными цианобактериями, экспрессирующими разные типы переносчиков.

• Результаты:

  • Эндосимбионты с переносчиками из красных водорослей и глаукофитов успешно экспортировали АТФ, поддерживая симбиоз.
  • Эндосимбионты с переносчиками из хлоропластов наземных растений, наоборот, импортировали АТФ и не могли удовлетворить энергетические потребности клетки.

• Вывод: Поскольку пластиды красных водорослей и глаукофитов более примитивны, данные указывают, что древние хлоропласты, вероятно, снабжали клетку-хозяина АТФ. В ходе эволюции у наземных растений хлоропласты переориентировались: они стали использовать производимый АТФ в первую очередь для собственных задач по усвоению углерода и даже могут забирать часть АТФ у митохондрий.

• Значение: Исследование, опубликованное в Nature Communications, предоставляет доказательства в пользу гипотезы, что изначальная основа эндосимбиоза, приведшего к появлению хлоропластов, была энергетической (производство АТФ), а не связанной с фотосинтезом.