Учёные открыли новый процесс передачи питательных веществ от водорослей кораллам

Исследователи обнаружили новый путь выделения сахара симбиотическими водорослями. Этот путь связан с во многом упускаемой из виду клеточной стенкой, показывая, что эта структура не только защищает клетку, но и играет важную роль в симбиозе и круговороте углерода в океане. Результаты были опубликованы в журнале eLife 18 августа 2023 года.

Известно, что микроводоросли находятся в симбиотических отношениях с кишечнополостными, такими как кораллы и актинии. Водоросли используют солнечный свет для производства сахаров и других углеводов и передают их кораллу. Взамен коралл предоставляет водорослям питательные вещества и убежище. Это объясняет, почему плодородные коралловые рифы образуются в бедных питательными веществами тропических океанах и частично разрешает парадокс Дарвина.

Однако эти симбиотические отношения хрупки и сложны; малейшее изменение температуры, загрязнение или химический состав воды могут оказать негативное воздействие, приводя к обесцвечиванию кораллов или другим отрицательным последствиям для экосистемы. Учёные до сих пор не понимают многих тонких процессов, происходящих в этих отношениях, но их понимание крайне важно для сохранения коралловых рифов и поддерживаемого ими биоразнообразия.

«Мы обнаружили, что высвобождение сахара происходит, когда клетка водоросли начинает разрушать собственную клеточную стенку», — объясняет Синъитиро Маруяма, ведущий автор исследования и доцент Высшей школы передовых наук Токийского университета. «Это разрушение клеточной стенки происходит даже при отсутствии симбиотического хозяина и усиливается, когда условия становятся более кислыми».

Симбиотические водоросли живут в специальных отсеках внутри клеток кораллов — симбиосомах — или в кишечнике морских животных. Эти среды, как правило, кислые, и исследователи интерпретируют выделение сахара как реакцию водорослей на изменения окружающей среды в природе.

Исследователи также обнаружили, что высвобождение сахара опосредовано ферментом целлюлазой, известной своей способностью разрушать клеточные стенки наземных растений. Когда водоросль обрабатывают ингибитором целлюлазы, количество сахара, выделяемого за пределы клетки, уменьшается, что указывает на прямую связь между деградацией сахарных цепей целлюлазой и увеличением высвобождения сахара в кислых условиях.

«Наши результаты показывают, что взаимодействие водорослей и кораллов сложнее, чем считалось ранее, и предоставляют важный элемент головоломки, когда речь идёт о круговороте углерода в морской среде», — добавляет Маруяма.

В качестве следующих шагов Маруяма и его команда начнут выяснять молекулярные механизмы высвобождения сахара, поддержания клеточной стенки и регуляции ферментативных реакций. Они уже приступили к проекту по раскрытию всего разнообразия молекул, секретируемых симбиотическими водорослями, что дополнительно даст представление о том, какой «молекулярный язык» используется между симбионтами и хозяевами.