Зеленые гастарбайтеры в клетках животных

Недавно зоологи из Университета Далхаузи (Канада) обнаружила внедрение зеленых водорослей в развивающийся эмбрион земноводного амбистомы. Таким образом, был открыт первый случай симбиоза высшего растения и позвоночного животного. Хотя в других группах животных подобное сотрудничество также встречается, правда, не очень часто.

Фото: Фото: AP

Похожие на наших тритонов, амбистомы, или кротовые саламандры (сем. Ambystomatidae) весьма распространены от южной Канады и юго-восточной Аляски до Мексики. Это семейство насчитывает около 3-х десятков видов, образ жизни которых весьма различен. В ходе настоящей работы исследователи имели дело с желтопятнистой амбистомой (Ambystoma maculatum), которая большую часть времени обитает в почве, днем прячась под камнями или роя себе убежища около корней деревьев, а ночью выходя на охоту за насекомыми. И лишь в начале весны эти земноводные посещают мелкие водоемы в глубине лесов для того, что бы спариться и отложить яйца.

В прошлом году в тканях эмбрионов этих животных были обнаружены клетки зеленых водорослей Oophila amblystomatis. Детальное исследование показало, что данные водоросли присутствуют как под оболочкой икринок, так и в самих эмбрионах и даже во взрослых особях. Было замечено, что внутри клеток амбистом, этих "гостей" со всех сторон окружают митохондрии (органеллы, обеспечивающие клетку энергией, что-то вроде внутриклеточных ТЭС).

Читайте также: Решения за нас принимают паразиты

Подобное соседство говорит о том, что водоросли явно снабжают митохондрии сырьем, из которого те получают энергию. Скорее всего, это сахара, которые зеленый гость производит в результате фотосинтеза. Как мы знаем, углеводы часто являются первичным сырьем во внутриклеточных процессах по добыче энергии, финальные стадии которых проистекают именно в митохондриях. Получается, что клеткам выгодно наличие таких симбионтов внутри себя — они помогают справиться с "энергетическим кризисом".

Ну, а зачем самой водоросли лезть внутрь клетки позвоночного животного? После серии экспериментов ученые выяснили, что их привлекает азот, появляющийся там в результате обменных процессов. Причем больше всего его именно у эмбрионов, чья выделительная система еще весьма слабо развита, и содержащая азот мочевина выводиться наружу очень плохо. Для зародыша это вещество в больших количествах — смертельный яд, А для водоросли — источник ценного биогена, без которого она не может размножаться.

Фото: AP

Итак, выгода от такого симбиоза очевидна: водоросль очищает клетки молодых амбистом от токсина и подпитывает их сахарами, а взамен получает надежное убежище и доступ к источнику ценного азота. Подобное взаимодействие, скорее всего, повышает шансы на выживание, как саламандры, так и ее зеленого гостя. Возможно, именно поэтому в процессе эволюции у амбистом выработался один интересный механизм — их иммунная система не реагирует на водоросль как на инфекционного агента. Кроме того, судя по всему, мамы передают этих симбионтов своим детям при откладывании икры.

Канадские биологи обнаружили ДНК водоросли в репродуктивных органах взрослых самок амбистом. Это позволяет предположить, что передача симбионта идет напрямую от родителей к детям. Сейчас ученые хотят проанализировать геном Oophila amblystomatis, обитающих в саламандрах, и сравнить его с таковым их "диких" родственников. Если разница будет большой,значит,этот симбиоз сложился достаточно давно и за все время его существования появились формы водоросли, специально приспособленные к существованию внутри амбистомы.

Впрочем, одноклеточные водоросли достаточно часто встречаются в телах животных. Благодаря их деятельности, например, мы можем наблюдать такие чудеса, как коралловые рифы. Как мы знаем, они представляют собой скелеты колоний кораллов, сделанные из карбоната кальция (CaCO₃), который эти беспозвоночные берут из окружающий их морской воды.

В морской воде карбонат кальция появляется в результате постоянно идущей реакции разложения гидрокарбоната того же элемента (Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + H₂O + CO₂↑). Поскольку карбонат кальция плохо растворим, то он выпадает в осадок. Однако, как видно из уравнения, эта реакция обратима — взаимодействуя с углекислым газом и водой, карбонат кальция может переходить обратно в гидрокарбонат. Однако в этом случае кораллы, как вы понимаете, останутся без строительного материала — гидрокарбонат они использовать не могут.

Как сделать так, что бы равновесие сместилось в сторону прямой реакции, то есть, что бы карбонат образовывался, а гидрокарбонат — нет? Правильно, убрать из морской воды один из продуктов прямой реакции. Но карбонат убирать нет смысла (он ведь нужен кораллам), а воду — невозможно (ведь все это происходит в океане). Следовательно, нужно как-то избавиться от углекислого газа.

Сами кораллы не могут его утилизировать — в большой концентрации он для них ядовит. А вот живущие в их клетках покровных тканей золотистые водоросли вполне справляются с этой задачей. Ведь им СО₂ необходим для фотосинтеза. Таким образом, используя его, они получают возможность производить сахара, а кораллы — строить свои прекрасные замки из карбоната. Не случайно живущие в северных морях кораллы не могут строить известковый скелет — температура воды в тех краях весьма низка и из-за этого там золотистые водоросли жить не могут.

Фото: AP

Среди позвоночных животных тоже есть те, кто вступает в симбиоз с водорослями. Правда, не с высшими, а с сине-зелеными, которые, как мы помним, представляют собой фотосинтезирующих бактерий. Эти маленькие существа с удовольствием поселяются в шерсти ленивцев (Bradypodidae). У этих медлительных и флегматичных обитателей тропических лесов Южной Америки в толще густых волос и тепло, и влажно, одним словом — настоящий рай.

В благодарность за гостеприимство эти бактерии окрашивают шерсть ленивцев в зеленый цвет, что делает их практически незаметными среди тропической листвы. Кроме того, они выделяют на волосы хозяина синтезируемые ими сахара, которые ленивец, чистясь, слизывает оттуда. Сам же хозяин тоже подкармливает своих помощников — его пот, попадающий на шерсть, содержит необходимый бактериям азот. Словом, это сожительство приносит участникам одну лишь пользу и никакого вреда.

Тем не менее, в клетки ленивца цианобактерии все же не проникают. Поэтому ситуацию с амбистомой смело можно считать первым, известным науке, случаем внутриклеточного симбиоза позвоночного животного с водорослью.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"