Ein Ereignis, von dem bekannt ist, dass es in der Geschichte des Lebens auf der Erde bisher nur dreimal vorgekommen ist, wurde gerade dokumentiert. Ein Meeresbakterium wurde in seinen Algenwirt integriert und hat sich so lange mit ihm entwickelt, dass es nun als Organelle betrachtet werden kann, also als Teil der Zellmaschinerie der Alge. Dies bedeutet, dass diese Algen die ersten Eukaryoten (Organismen, die ihre DNA in einem membrangebundenen Kern enthalten) sind, von denen bekannt ist, dass sie ein Organell enthalten, das Stickstoff binden kann.
„Es kommt sehr selten vor, dass aus solchen Dingen Organellen entstehen“, sagte Tyler Cole, Erstautor einer von zwei kürzlich erschienenen Arbeiten zu der Entdeckung, in einem Zeitschriftenartikel. Stellungnahme.
„Sehr selten“ könnte eigentlich als Untertreibung gelten. Als dies zum ersten Mal geschah, führte es – soweit wir wissen – durch die Geburt von Mitochondrien zum ersten komplexen Leben. Seitdem ist es noch zweimal passiert, unter anderem vor mehr als einer Milliarde Jahren, als es den Beginn des Pflanzenlebens auf der Erde markierte, indem es uns Chloroplasten bescherte.
Der Grundstein für die neueste Entdeckung wurde vor fast 30 Jahren gelegt, als ein Team unter der Leitung von Professor Jonathan Zehr von der University of California in Santa Cruz neue Cyanobakterien im Pazifischen Ozean entdeckte, die die Fähigkeit hatten, Stickstoff zu binden. Dabei handelt es sich um den Prozess, bei dem Mikroben der Umgebung freien Stickstoff entziehen und ihn mit anderen Elementen kombinieren, um neue Stickstoffverbindungen zu bilden, beispielsweise Düngemittel, die für das Gedeihen des Lebens notwendig sind.
Zahrs Team nannte das Bakterium UCYN-A. Unterdessen kultivierte die Paläontologin Kyoko Hagino in Japan Algen, von denen sich herausstellte, dass sie heimisch waren. Wirtsorganismus.
Im Laufe der Jahre wurde den Wissenschaftlern die Beziehung zwischen den beiden Organismen immer klarer. In jüngerer Zeit kamen sie jedoch zu dem Schluss, dass UCYN-A nicht nur in einer engen Beziehung zu seinem Algenwirt steht, sondern dass sie sich nun auch so weit entwickelt haben, dass UCYN-A Teil der Algenzelle selbst geworden ist Organelle.
Als ob die ersten dokumentierten Nitroblasten nicht genug wären, Prarodosphaera bigeloi Die Zellen sehen auch aus wie die Würfel, von denen jeder DnD-Spieler träumt.
In zwei neuen Arbeiten präsentieren internationale Forscherteams ihre Beweise.
Die erste, im März 2024 veröffentlichte Studie zeigte, dass UCYN-A und seine Wirte, Algenarten, vorkommen Prarodosphaera bigeloihaben ähnliche Volumenverhältnisse, was darauf hindeutet, dass ihre Stoffwechselprozesse miteinander verflochten sind.
„Genau das passiert mit Organellen“, sagte Zahr. „Wenn man Mitochondrien und Chloroplasten betrachtet, ist es dasselbe: Sie dehnen sich mit der Zelle aus.“
Der Stempel lag dem zweiten Papier bei, das den Beweis erbrachte, dass UCYN-A Proteine aus seinen Wirtszellen importiert, ein Kennzeichen der Organellenentwicklung.
„Sie beginnen, DNA-Stücke loszuwerden, ihr Genom wird immer kleiner und sie verlassen sich darauf, dass die Mutterzelle diese Genprodukte – oder das Protein selbst – in die Zelle transportiert“, erklärte Zahr.
Durch die Analyse der Proteine bestätigte Coyle, dass viele der Proteine, von denen UCYN-A für eine ordnungsgemäße Funktion abhängt, im Algenwirt hergestellt und importiert werden. Zehr beschrieb es als „eine Art magisches Puzzle, das zusammenpasst und tatsächlich funktioniert.“
Das neu entdeckte Organell wurde „Nitroplast“ genannt. Im Gegensatz zu älteren Mitochondrien und Chloroplasten datieren Wissenschaftler ihre Entwicklung auf die Zeit vor etwa 100 Millionen Jahren. Es gibt uns bereits einen Einblick in die Auswirkungen der Stickstofffixierung auf die Ökosysteme der Ozeane und könnte auch Auswirkungen auf die Trockenlandlandwirtschaft haben.
„Dieses System bietet eine neue Perspektive auf die Stickstofffixierung und könnte Hinweise darauf liefern, wie ein solches Organell in Nutzpflanzen eingebaut werden kann“, erklärte Cole.
Zahr glaubt, dass UCYN-A nicht das einzige seiner Art ist, aber es ist das erste, das gefunden wurde. Wir wetten, dass es die Forscher in den nächsten 30 Jahren und darüber hinaus beschäftigen wird.
Beide Studien werden in Fachzeitschriften veröffentlicht Zelle Und Wissenschaften.
