Идентифициран прародител на всички хлоропласти

Първичните синьо-зелени водорасли станаха първата фотосинтетична органела преди 1, 9 милиарда години

Само поглъщането на хлоропласти позволи на първата Eurkaryotenzellen фотосинтезата. © wir0man / thinkstock
чете на глас

Основни етапи на еволюцията: Изследователите са реконструирали кога и къде първата еукариотна клетка е иззела хлоропласт - създавайки първото истинско растение. По този начин доставчикът на оригиналните хлоропласти е цианобактерия, която е живяла не в океана, а в сладка вода. Това е погълнато от друга клетка преди около 1, 9 милиарда години, което я прави първи хлоропласт, както се доказва от генния анализ.

Всички сухопътни растения и повечето водни растения и водорасли имат едно общо нещо: те са еукариоти. Освен клетъчното ядро, техните клетки носят митохондрии и най-вече хлоропласти - органелите, в които се осъществява фотосинтезата. Според популярната теория тези по-сложни клетки са се образували чрез ендосимбиоза - от погълнатите бактерии се превръщат в клетъчни органели.

Проследяване на генома

Кога и къде обаче е станала тази решаваща стъпка в еволюцията на растенията, не е ясно. Последният запис на изкопаеми показва, че е имало няколко първични растения преди около 1, 6 милиарда години - по това време ендосимбиозата на хлоропластите вече отдавна изостава.

Когато това можеше да се случи и кой беше доставчикът на хлоропласта, Патриша Санчес-Баракалдо и нейните колеги са реконструирани с помощта на ДНК сравнения. За своето проучване те първо сравняват генома на 49 цианобактерии, така че да идентифицират групата, която може да се счита за донор на първоначалните хлоропласти. Освен това те сравниха 29 гена, които присъстват в еукариотните растения, както и в цианобактериите.

Прародител на всички хлоропласти

Резултатът: Основният доставчик на първите хлоропласти най-вероятно е синьо-зелено водорасло от рода Gloeomargarita. Тези цианобактерии са открити за първи път през 21012 г. в солен басейн в Мексико. Новите сравнения на ДНК разкриват, че тази група трябва да е била най-близкият роднина на първите еукариотни водорасли. показ

Laguna de Alchichica: Това езеро в Мексико е открито през 2012 г. от литофора на Gloeomargarita, най-близкият все още жив спрямо оригиналните хлоропласти. AnypReyes / CC-by-sa 4.0

Тези сини позиции се различават от всички останали оцелели цианобактерии по все още много примитивна система за фотосинтеза. Тук протеиновите комплекси, леки за събиране, все още седят директно върху плазмената мембрана на клетката, а не, както обикновено, върху многократно сгъната Thylakoidmembranen вътре в клетката.

Ендосимбиоза преди 1, 9 милиарда години

Както съобщават изследователите, предците на Gloeomargarita и първите доставчици на хлоропласти се отделили от останалите синьо-зелени водорасли преди около 2, 1 милиарда години. „По онова време тези цианобактерии са били все още много малки и вероятно все още са обитавани пространства с ниско съдържание на сол, както е характерно за сладките води“, казва Санчес и нейните колеги.

Само след 200 милиона години по-късно, преди около 1, 9 милиарда години, се случва решаващата симбиоза: цианобактерията, поета от друга клетка, се превръща в хлоропласт и по този начин е компонент на първата еукариотна растителна клетка. Ако бъде потвърдено за ендосимбиоза, щеше да е около 700 милиона години по-рано от очакваното през 2012 г.

Sûwasser вместо океан

Тази важна стъпка към днешните растения най-вероятно ще се извърши и в сладката вода, където по онова време са живели доставчиците на оригиналните хлоропласти. „Резултатите от нашето проучване предполагат, че първите еукариотни водорасли са се развили за първи път във води на сушата“, казва Санчес. „Едва по-късно те колонизират морската среда.“ Докато океанът не се превърна в първите истински червени и зелени водорасли в тези първични клетки, минаха близо милиард години, както съобщават изследователите.

"Преди фотосинтезата нашата земя беше странно място, напълно необитаемо за нас хората", обяснява съавторът Дейвид Писани от университета в Бристол. „С нашата работа вече постигнахме голям напредък в разбирането на това как Земята се превърна в планетата, която познаваме днес.“ (Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2017; doi: 10.1073 /pnas.1620089114)

(PNAS / University of Bristol, 15.08.2017 - NPO)