A kutatók egy körülbelül egymilliárd éve nem látott jelenséget dokumentáltak: két különböző életforma egyesült egyetlen szervezetté. Az elsődleges endoszimbiózisnak ez a figyelemre méltó példája, amely egy tengeri alga és egy baktérium közt jött létre, azért jelentős, mert azokra a kritikus evolúciós ugrásokra emlékeztet, amelyek a jelenlegi földi életet is meghatározzák – számol be róla a Popular Mechanics.

A mostani felfedezés tehát, amelyet a patinás Cell és Science folyóiratban tettek közzé, azokat az evolúciós mérföldköveket tükrözi, amelyek hasonló szimbiotikus jelenségeken keresztül a növények megjelenéséhez vezettek a Földön.

Az elsődleges endoszimbiózis akkor következik be, amikor az egyik mikroorganizmus teljesen bekebelez egy másikat, de ez utóbbit nem “megemészti”, hanem a sejt működő részévé, organellumává (sejtszervecskévé) alakítja, amely azután olyan alapvető funkciókat nyújt, mint a tápanyag-feldolgozás vagy az energiatermelés. Ez az integráció annyira teljes, hogy az endoszimbionta már nem is lenne képes önállóan életben maradni, és a gazdaszervezet biológiájának létfontosságú összetevőjévé válik. Mint azt Tyler Coale, a tanulmányban résztvevő kutató kifejti:

“Nagyon ritka, hogy az ilyen típusú dolgokból organellumok keletkeznek. Amikor először ilyesmi történt, akkor annak lett eredménye a ma ismert egész bonyolult élővilág."

Ilyen folyamatra először valószínűleg több mint kétmilliárd évvel ezelőtt kerülhetett sor, amikor egy archeá (ezeket régebben ősbaktériumként ismerték, de a tudományos élet ma már nem így nevezi őket) bekebelezett egy baktériumot, ami a sejt erőműveként ismert mitokondriumok kialakulásához vezetett. Ugorjunk egy nagyot az időben, és az előbbihez képest egymilliárd évvel később egy hasonló esemény lehetővé tette a cianobaktériumokból a kloroplaszt kialakulását – és lényegében így alakult ki a növények fotoszintetizáló képessége.

A mostani felfedezés során a tudósok a Braarudosphaera bigelowii algát tanulmányozták, amely egyedülálló kapcsolatot alakított ki egy cianobaktériummal, lehetővé téve a légköri nitrogén megkötését – ez a tulajdonság általában nem figyelhető meg a növényekben. Ez a képesség azonban nem csak a rendkívüli tudományos értéke miatt fontos (bár mint látható, ennek jelentőségét sem lehet eléggé hangsúlyozni), de akár a mostaninál hatékonyabb mezőgazdasági termelést tehet lehetővé idővel azáltal, hogy csökkenti a külső nitrogénforrásoktól való függőséget.

A kutatás során fejlett röntgensugaras képalkotást használtak az algák belső működésének a megfigyelésére – így győződtek meg arról, hogy ez a szimbiotikus kapcsolat valódi organellum állapotba kerül át, amely folyamat hasonló tehát a mitokondrium és a kloroplaszt kialakulásához. A csapat ezt az új organellát nitroplasztnak nevezte el, ezzel is utalva a sejtszervecske nitrogénmegkötésben betöltött szerepére.

Jonathan Zehr, a tanulmány másik társszerzője és Carolyn Larabell, aki szintén jelentősen hozzájárult a kutatáshoz, szerint a baktérium funkcióinak beépülése az algasejtbe mélyreható evolúciós lépést jelent. A baktérium ugyanis a fehérjeszintézisben és más sejtfunkciókban is az algára támaszlodik, ami tehát egy állandó egyesülésre utal, vagyis a baktérium puszta endoszimbiontából organellummá, sejtszervecskévé vált.

Ez a felfedezés így tehát nemcsak a sejtek evolúciójának megértése miatt fontos, hanem olyan biotechnológiai alkalmazások számára is kaput nyit, amelyek utánozhatják ezeket a természetes folyamatokat a termés ellenálló képességének és a termelékenység fokozása érdekében.

(Kép: a fekete nyíl mutat a nitroplasztra az alga belsejében, forrás: Tyler Coale)