Ένα γεγονός που είναι γνωστό ότι έχει συμβεί μόλις τρεις φορές στην ιστορία της ζωής στη Γη μόλις καταγράφηκε ξανά. Ένα θαλάσσιο βακτήριο ενσωματώθηκε στον οργανισμό-ξενιστή του, το φύκι, και συν-εξελίχθηκε μαζί του για αρκετό χρονικό διάστημα ώστε να μπορεί πλέον να θεωρηθεί οργανίδιο, μέρος της κυτταρικής μηχανής του φυκιού.
Αυτό σημαίνει ότι αυτά τα φύκη είναι οι πρώτοι ευκαρυώτες (οργανισμοί με το DNA τους σε πυρήνα που συνδέεται με μεμβράνη) που είναι γνωστό ότι περιέχουν ένα οργανίδιο ικανό να δεσμεύει το άζωτο.
«Είναι πολύ σπάνιο να προκύπτουν οργανίδια από τέτοιου είδους πράγματα», δήλωσε ο Tyler Coale, κύριος συγγραφέας σε μίας από τις δύο πρόσφατες εργασίες σχετικά με την ανακάλυψη.
Το εξαιρετικά σπάνιο γεγονός
Το “πολύ σπάνιο” θα μπορούσε να θεωρηθεί υποτιμητικό. Την πρώτη φορά που συνέβη αυτό -από όσο γνωρίζουμε- προέκυψε η πρώτη πολύπλοκη ζωή γεννώντας μιτοχόνδρια. Έκτοτε, συνέβη άλλες δύο φορές, μεταξύ των οποίων και πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια, σηματοδοτώντας την αυγή της φυτικής ζωής στη Γη, δίνοντάς μας τον χλωροπλάστη.
Οι βάσεις για το τελευταίο εύρημα τέθηκαν πριν από σχεδόν 30 χρόνια, όταν μια ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή του UC Santa Cruz Jonathan Zehr ανακάλυψε ένα νέο κυανοβακτήριο στον Ειρηνικό Ωκεανό με την ικανότητα να δεσμεύει το άζωτο.
Πρόκειται για την διαδικασία με την οποία τα μικρόβια αντλούν ελεύθερο άζωτο από το περιβάλλον και το συνδυάζουν με άλλα στοιχεία για να σχηματίσουν νέες ενώσεις αζώτου, όπως τα λιπάσματα που είναι απαραίτητα για την ευημερία της ζωής.
Η ομάδα του Zehr ονόμασε το βακτήριο «UCYN-A». Εν τω μεταξύ, στην Ιαπωνία, η παλαιοντολόγος Kyoko Hagino εργαζόταν για την καλλιέργεια μιας θαλάσσιας άλγης που θα αποδεικνυόταν ο οργανισμός-ξενιστής της.
Με την πάροδο των ετών, η σύνδεση μεταξύ των δύο οργανισμών γινόταν όλο και πιο σαφής για τους επιστήμονες. Πρόσφατα, όμως, οδηγήθηκαν στο συμπέρασμα ότι το UCYN-A δεν βρίσκεται απλώς σε στενή σχέση με το φύκι-ξενιστή του – έχουν πλέον μετεξελιχθεί από κοινού σε σημείο που το UCYN-A αποτελεί μέρος του ίδιου του κυττάρου του φυκιού, αποτελώντας οργανίδιο.
Οι δύο νέες μελέτες
Σε δύο νέες μελέτες, διεθνείς ομάδες ερευνητών παρουσίασαν τα στοιχεία τους.
Η πρώτη, που δημοσιεύθηκε τον Μάρτιο του 2024 στο επιστημονικό περιοδικό Cell, έδειξε ότι το UCYN-A και οι ξενιστές του, είδη του φύκους Braarudosphaera bigelowii, έχουν παρόμοιες αναλογίες μεγέθους, γεγονός που υποδεικνύει ότι ο μεταβολισμός τους είναι αλληλένδετος.
«Αυτό ακριβώς συμβαίνει με τα οργανίδια. Αν κοιτάξετε τα μιτοχόνδρια και τον χλωροπλάστη, είναι το ίδιο πράγμα: κλιμακώνονται μαζί με το κύτταρο» δήλωσε ο Zehr.
Η επιβεβαίωση ήρθε με τη δεύτερη μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε τον Απρίλιο του 2024 στο επιστημονικό περιοδικό Science, και η οποία παρουσίασε αποδείξεις ότι το UCYN-A εισάγει πρωτεΐνες από τα κύτταρα-ξενιστές του, ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της ανάπτυξης οργανιδίων.
«Αρχίζουν να πετούν κομμάτια DNA και τα γονιδιώματά τους γίνονται όλο και μικρότερα και αρχίζουν να εξαρτώνται από το μητρικό κύτταρο για τη μεταφορά αυτών των γονιδιακών προϊόντων – ή της ίδιας της πρωτεΐνης – στο κύτταρο» εξήγησε ο Zehr.
Μέσω της ανάλυσης πρωτεωμικής, ο Coale επιβεβαίωσε ότι πολλές από τις πρωτεΐνες στις οποίες βασίζεται το UCYN-A για να λειτουργήσει σωστά, παράγονται μέσα στον ξενιστή-φύκι και εισάγονται. Ο Zehr το περιέγραψε ως «κάτι σαν αυτό το μαγικό παζλ που πραγματικά ταιριάζει και λειτουργεί».
Το νεοανακαλυφθέν οργανίδιο ονομάστηκε “νιτροπλάστης” (nitroplast). Σε αντίθεση με τα πιο αρχαία μιτοχόνδρια και τους χλωροπλάστες, οι επιστήμονες χρονολόγησαν την εξέλιξή του πριν από περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια. Μας δίνει ήδη ένα παράθυρο για το πώς η δέσμευση του αζώτου επηρεάζει τα ωκεάνια οικοσυστήματα και μπορεί να έχει επιπτώσεις και στη γεωργία στην ξηρά.
«Αυτό το σύστημα αποτελεί μια νέα προοπτική για τη δέσμευση του αζώτου και μπορεί να δώσει ενδείξεις για το πώς ένα τέτοιο οργανίδιο θα μπορούσε να κατασκευαστεί σε καλλιεργούμενα φυτά», εξήγησε ο Coale.
Ο Zehr εκτιμά ότι το UCYN-A δεν είναι το μοναδικό του είδους του εκεί έξω, αλλά είναι το πρώτο που βρέθηκε. Και είμαστε πρόθυμοι να στοιχηματίσουμε ότι θα απασχολήσει τους ερευνητές για τα επόμενα 30 χρόνια και μετά.