Разгадана эволюционная загадка фотосинтезирующих водорослей
Исследователи решили многолетнюю эволюционную загадку о том, как одноклеточные водоросли-криптофиты приобрели белки для улавливания солнечного света. Ключевую роль сыграл анализ изображений, полученных с помощью электронного микроскопа, который учёные смогли детально изучить во время пандемии COVID-19.
Суть открытия
- Команда под руководством профессора Пола Курми (UNSW Sydney) реконструировала структуру ключевого белка в составе "антенны" криптофитов — организмов, которые эволюционировали более миллиарда лет назад.
- Эта белковая антенна захватывает фотоны света и передаёт энергию для преобразования в химическую.
- Было известно, что криптофиты унаследовали компоненты антенны от своих предков — красных водорослей, а те, в свою очередь, — от цианобактерий.
- Однако оставалось неясным, как именно белковые структуры объединились в новую, уникальную антенну криптофитов.
Как была разгадана тайна
Учёные проанализировали общедоступные изображения с электронного микроскопа, на которых была запечатлена антенна белка из красной водоросли-предшественника. Профессор Курми применил новый подход: он искал предковые белки не по сходству аминокислотной последовательности, а по сходству трёхмерной формы (3D-структуры). Это позволило найти недостающий фрагмент пазла.
Эволюционный путь: "Обед на двоих"
Процесс объясняется через эндосимбиоз — явление, когда один организм поглощает другой, но не переваривает его, а вступает с ним в симбиоз.
- Около 1,5 миллиардов лет назад одноклеточный организм поглотил цианобактерию, обладавшую эффективной светособирающей антенной.
- Вместо переваривания "добычи" хозяин сохранил её антенные белки. Так появились красные водоросли.
- Позже другой организм поглотил красную водоросль, став первым криптофитом. На этот раз антенна была перенесена через мембрану хозяина и полностью перестроена в новые, столь же эффективные белковые формы.
Это были первые шаги к эволюции современных растений и других фотосинтезирующих организмов.
Значение работы
- Для эволюционной биологии: Установлена прямая связь между двумя разными антенными системами. Это открывает путь к пониманию того, как одна высокоэффективная система эволюционировала в другую.
- Для будущих технологий: Изучение принципов, лежащих в основе феноменальной эффективности этих систем по захвату света, может однажды найти применение в оптических устройствах, включая системы солнечной энергетики.
Профессор Пол Курми: "Мы обеспечиваем прямую связь между двумя очень разными антенными системами и открываем дверь для обнаружения того, как именно одна система эволюционировала в другую".