Что делает красные водоросли уникальными и почему это важно?

Красная водоросль Porphyra и её предки миллионы лет процветают в суровых условиях литоральной зоны — при колебаниях температуры, высоком УФ-излучении, сильной солевой нагрузке и высыхании.

Красные водоросли — одни из древнейших нефотосинтезирующих бактерий организмов на Земле и одна из древнейших многоклеточных линий. Они также глубоко интегрированы в культуру и экономику по всему миру. Одни играют ключевую роль в строительстве коралловых рифов, другие служат пищей («морскими водорослями»), важной для различных обществ. Porphyra добавляют в салаты (как и родственные роды водорослей), в Японии её называют «нори» и используют для заворачивания суши, а в Уэльсе — «лэйвер», где это традиционный питательный пищевой ингредиент.

Несмотря на экологическую, эволюционную и коммерческую важность Porphyra, о её молекулярной генетике и физиологии известно относительно мало.

Поэтому команда учёных, включая Артура Гроссмана из Института Карнеги, секвенировала и проанализировала полный геном красной водоросли Porphyra umbilicalis. Генетический состав этого необычайно выносливого организма позволил исследователям лучше понять эволюцию красных водорослей и механизмы, с помощью которых они справляются с жёсткими условиями литорали.

Их результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Анализ команды показал, что у Porphyra и других красных водорослей минимальные структурные элементы клеточного цитоскелета по сравнению с другими типами многоклеточных организмов. Это может объяснять, почему многоклеточные красные водоросли обычно «небольшие» по размеру.

Кроме того, команда обнаружила гены клеточных процессов, которые помогают Porphyra и её предкам выживать в экстремальных условиях — включая «солнцезащитные» соединения для защиты от УФ-излучения и другие соединения, позволяющие переносить высыхание, а также различные белки, смягчающие потенциально токсичные последствия поглощения сильного солнечного света. Кроме того, чрезвычайно прочные и гибкие стенки клеток Porphyra позволяют им значительно менять объём при потере воды на солнце и ветру, а также выдерживать удары волн.

«Информация, полученная из генома Porphyra, показывает, насколько красные водоросли отличаются, — пояснил Гроссман. — Но также интересно отметить, что организмы, эволюционно связанные с красными водорослями, оказали глубокое влияние на здоровье человека и морские экосистемы».

Например, одна группа организмов, произошедших от красных водорослей, апикомплексы, не фотосинтезирует и включает паразитов плазмодия, вызывающих малярию. Другая группа водорослей, произошедших от красных водорослей, динофлагелляты, ответственна за токсичные «красные приливы», но также поставляет питательные вещества для кораллов, которые служат основой рифов (домов для множества животных).

Как заявляет Гроссман: «Чем больше мы узнаём о разных группах водорослей и их эволюционной истории, тем больше мы узнаём о биотических опорах, которые продолжают оставаться главной основой для поддержания и формирования жизни на нашей планете».