Symbioza bakterii i grzybów: oglądanie początków ewolucji

Szwajcarscy naukowcy pracowali z grzybami z gatunku Rhizopus microsporus, które normalnie nie posiadają symbiontów. Stosując bardzo precyzyjne metody, np. iniekcje wykonywane za pomocą igieł o średnicy nawet 500 nm (to pięć dziesięciotysięcznych części milimetra), wszczepiali do ich komórek bakterie należące do gatunku Mycetohabitans rhizoxinica.

W typowych okolicznościach taki intruz zostałby potraktowany mechanizmami obronnymi gospodarza i „odrzucony” – np. otoczony specjalną kapsułą i oddzielony od reszty ciała grzyba. Jednak uczeni dobierali metodą prób i błędów takie bakterie, które nie pobudzały reakcji obronnej „biorcy”. Prowadzili też ich celowaną selekcję (czyli odrzucali te mikroorganizmy, które radziły sobie gorzej, a włączali do dalszych badań te dające dobre rezultaty). Nie bez znaczenia była też nieinwazyjna droga iniekcji. Dzięki temu, że badacze stosowali tak cienkie igły, a dodatkowo środki zmiękczające ścianę komórkową grzyba, gospodarz „nie orientował się”, że dzieje się coś nietypowego i nie wszczynał alarmu.

Efekt był taki, że bakterie, które się przyjęły, zostały integralną częścią ciała gospodarza. Poruszały się w jego cytozolu „pod prąd” (czyli w odwrotnym kierunku, niż bierny przepływ cytoplazmy), co świadczy o dużej żywotności. Okazjonalnie były też przekazywane do zarodników grzyba, a tym samym – do jego pokoleń potomnych.

Pozostaje jeszcze odpowiedzieć na pytanie, w jakim celu naukowcy wykonywali te eksperymenty. Uzasadnienia są tu co najmniej dwa (poza zaspokojeniem czystej ciekawości i sprawdzeniem, czy takie coś się uda).

Po pierwsze, badanie wykazało, że sztucznie utworzona symbioza może być przekazywana z pokolenia na pokolenie, co sugeruje, że proces endosymbiozy można dość szybko utrwalić i dostosować. Takie wyniki otwierają drogę do tworzenia nowych organizmów, które mogłyby mieć pożądane cechy, np. zdolność do pochłaniania dwutlenku węgla czy azotu atmosferycznego.

Po drugie, ten eksperyment jest jak oglądanie przez dziurkę od klucza początków ewolucji. Zgodnie z koncepcją endosymbiozy, mitochondria i chloroplasty (kluczowe organelle komórek eukariotycznych, w tym zwierząt i roślin) pochodzą od wolno żyjących bakterii, które zostały wchłonięte przez komórki przodków eukariontów. Z czasem bakterie te przekształciły się w organelle, a proces endosymbiozy stał się kluczowym wydarzeniem w ewolucji życia na Ziemi.

Jednym z głównych wyzwań w badaniach nad ewolucją endosymbiozy jest niedostatek bezpośrednich dowodów, ponieważ procesy te wydarzyły się ponad miliard lat temu. W związku z tym naukowcy opierają się zazwyczaj na analizach genetycznych i porównaniach struktur organelli z ich bakteryjnymi odpowiednikami. Najważniejsze hipotezy dotyczące ewolucji endosymbiozy koncentrują się na tym, jak te relacje mogły być utrzymane i jak geny bakterii zostały przeniesione do jądra gospodarza.

Eksperymenty takie, jak ten przeprowadzony w ETH Zurich nie odtwarzają wprawdzie wiernie ówczesnych warunków, ale dają szansę na badanie pewnych mechanizmów – możliwe, że przebiegających podobnie do tych, które wydarzyły się dawno, dawno temu.

Dziękujemy, że jesteś z nami. To jest pierwsza wzmianka na ten temat. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.