Новый механизм контроля симбиоза у кораллов на клеточном уровне

Исследователи из Океанографического института Скриппс Калифорнийского университета в Сан-Диего открыли новый молекулярный процесс, с помощью которого кораллы контролируют внутриклеточную среду водорослей, живущих внутри них.

Ключевое открытие: Специализированный белок регулирует суточные колебания (день-ночь) в переносе азота и углекислого газа через клеточные мембраны коралла к водорослям. Этот процесс критически важен для взаимовыгодных отношений — симбиоза. Учёные ожидали обнаружить белок, но не предвидели наблюдаемых суточных изменений во внутриклеточных пространствах.

"Мы показали, что граница раздела между животным-хозяином и живущими внутри него растениями — это динамически контролируемая микросреда", — сказал Ангус Тис, докторант из лаборатории морского физиолога Мартина Тресгерреса.

Технологический прорыв: Прямые наблюдения за клеточным интерфейсом между кораллами и их симбиотическими водорослями стали возможны благодаря использованию лазерной конфокальной суперразрешающей системы. Она позволила визуализировать мембрану коралла, окружающую водоросль, с разрешением более чем в два раза выше, чем у предыдущего микроскопа, выделяя объекты на расстоянии всего 120 нанометров (толщина человеческого волоса — 90 000 нм).

Значение для здоровья кораллов: Десятилетия исследований указывали, что кораллы регулируют количество азота, передаваемого водорослям. Избыток азота может привести к слишком быстрому росту и размножению водорослей, нарушая симбиоз.

"То, что мы называем интерфейсом симбиоза, может быть самой важной мембраной на всём рифе... Когда на клеточном уровне всё идёт правильно, коралл процветает. А когда что-то идёт не так, это обычно приводит к сбою или болезни, возможно, включая 'обесцвечивание'", — отметил Тресгеррес.

Уникальность симбиоза: В отличие от человека, у которого симбиотические бактерии живут вне клеток (например, в кишечнике), у кораллов водоросли живут внутри клеток животного-хозяина. Это "очень тесное пространство", требующее тонкого контроля.

Эволюционная перспектива: Исследователи отмечают, что одни и те же ферменты (высокоспециализированные белки) могут выполнять разные функции у неродственных организмов. Например, у кораллов они поддерживают симбиоз, у червя Osedax — помогают растворять кости китовых туш, а в жабрах акул и скатов — участвуют в регуляции кислотности крови.

Будущие исследования: Открытый механизм, опосредующий доставку азота к водорослям в нормальных условиях, — это фундаментальный шаг. Теперь можно изучать, как этот процесс нарушается под воздействием изменения климата или загрязнения, что потенциально может приводить к обесцвечиванию.

Исследование опубликовано 11 марта в журнале Science Advances при поддержке гранта Национального научного фонда (NSF).