Эволюция метаболической зависимости как основа древнего симбиоза
Исследователи из Кильского университета впервые описали фундаментальные механизмы, контролирующие эволюционно древние симбиотические отношения между водорослями и книдариями.
Учёные из Коллаборативного исследовательского центра (CRC) 1182 «Происхождение и функция метаорганизмов» Кильского университета совместно с японскими коллегами из Окинавского института науки и технологий и Университета Окаямы впервые провели всестороннюю характеристику симбиотических взаимодействий на примере пресноводного полипа Hydra и живущих внутри его клеток водорослей Chlorella. Результаты опубликованы в журнале eLife.
Фотосинтетический симбиоз и взаимозависимость
Исследование сосредоточено на метаболических отношениях в рамках фотосинтетического симбиоза: водоросли поставляют полипу продукты метаболизма, полученные за счёт преобразования солнечной энергии, а взамен получают от него питательные вещества.
- Это крайняя форма симбиоза, при которой водоросли не могут выжить без хозяина. Симбиотические водоросли отказываются от части собственной генетической информации и используют соответствующие структуры полипа.
- Hydra также сильно зависит от симбионтов, так как заселение Chlorella повышает её репродуктивный успех.
Генетические и молекулярные механизмы
Исследования выявили конкретные генетические и молекулярные инструменты, необходимые для развития стабильного симбиоза в ходе эволюции:
- Наличие симбионтов приводит к значительной активации (up-regulation) определённых генов Hydra, ответственных за метаболизм, что усиливает транспорт питательных веществ между хозяином и симбионтом.
- Анализ генома симбиотических водорослей показал, что у симбионта отсутствуют генетические компоненты, необходимые для усвоения азота, поэтому снабжение этим питательным веществом частично берёт на себя хозяин.
Значение и перспективы
Работа отвечает на ключевой вопрос о движущих силах эволюции и долговременной стабильности симбиоза. Анализ взаимодействий Hydra и водорослей показывает, что коэволюцию организмов может определять возможность взаимного обмена питательными веществами.
Понимание этих отношений имеет не только фундаментальное значение, но и может служить моделью для оценки последствий изменения климата для морских экосистем. Кораллы, подобно Hydra, зависят от симбиотических водорослей (зооксантелл) для получения питательных веществ. Их здоровье критически важно для тропических рифовых сообществ. Дальнейшие исследования покажут, применимы ли новые знания к симбиозу кораллов и могут ли они привести к стратегиям защиты исчезающих рифов.