Невидимые фиксаторы
Диатомовые водоросли – одна из самых распространенных и экологически пластичных групп организмов. Они обитают практически везде – в пресных и соленых водоемах, ледниках и даже пустынных почвах. Эти крошечные организмы, обладающие кремниевым скелетом самой разнообразной и причудливой формы, фиксируют в процессе фотосинтеза примерно 20% всего атмосферного углерода. Ученые считают, что секрет успеха диатомéй кроется в активном обмене генами с другими организмами. В 2004 году ученые расшифровали геном двух диатомовых водорослей — Thalassiostra и Phaeodactylum. Благодаря этому исследованию удалось раскрыть множество тайн происхождения и эволюции этой группы организмов.
Симбиоз с бактериями
Как считают генетики, свой сложный эволюционный путь диатомеи начали несколько миллиардов лет назад с заимствования генов у бактерий. Вступив с ними в симбиотическую связь, диатомеи постепенно забирали у бактерий все самое лучшее — гены, ответственные за построение кремниевых оболочек, а также гены рецепторных и сигнальных белков. Благодаря этим рецепторам диатомеи успешно ориентируются в условиях освещенности и воспринимают другие сигналы из окружающей среды. Правда, тогда диатомеи представляли собой нефотосинтезирующий одноклеточный организм с бактериальными генами. Необходимо было как-то научиться фотосинтезу. И тогда диатомеи предприняли следующую попытку симбиоза. Как считалось до настоящего времени, около 1 млрд лет назад диатомеи образовали симбиотическую связь с одноклеточной красной водорослью Cyanidioschyzon merolae.
Кто научил диатомеи фотосинтезу?
Но биологи из нескольких американских и европейских университетов под руководством доктора Ахмеда Мустафы из университета Айовы пришли к совершенно другому выводу. Проанализировать примерно 2,5 тыс. генов у двух видов Thalassiostra и Phaeodactylum ученые обнаружили, что 70% всех генов этих диатомей происходят от зеленых водорослей. И только 30% генома диатомеи получили от красных водорослей и бактерий. Как говорят ученые, новые данные говорят о том, что первоначально произошел симбиоз диатомей с зелеными водорослями, а не с красными.
По словам доктора Мустафы, следующий вопрос, который возник, какие же виды зеленых водорослей передали эти гены. Филогенетический анализ показал, что большую часть генетического материала диатомовые водоросли унаследовали от крошечных, размером всего в 0,95 микрометра, зеленых водорослей Micromonas и Ostreococcus класса празинофитов (Prasinophytes). Эти примитивные одноклеточные зеленые водоросли возникли в раннем кембрии примерно 542 млн лет назад. Имея всего один хлоропласт и одну митохондрию, празинофиты вступили в симбиоз с диатомовыми водорослями и передали им свой генетический материал.
Именно так диатомовые водоросли научились фотосинтезировать. Причем произошло это не 1 млрд лет назад, как считалось ранее, а намного позже.
Об исследованиях ученых можно прочитать в журнале Science Reports.
