Kõigi tuvastatud kloroplastide esivanem

Primaarsest sinivetikast sai 1, 9 miljardit aastat tagasi esimene fotosünteetiline organell

Ainult kloroplastide omastamine võimaldas Eurkaryotenzellenil fotosünteesi. © wir0man / mõttekoda
ettelugemist

Evolutsiooni verstapostid: Teadlased on rekonstrueerinud, millal ja kus esimene eukarüootne rakk haaras kloroplasti, luues esimese tõelise taime. Nii oli algsete kloroplastide tarnijaks sinivetik, kes ei elanud mitte ookeanis, vaid magevees. Seda sööstis teine ​​rakk umbes 1, 9 miljardit aastat tagasi, tehes sellest esimese kloroplasti, nagu tõestab geenianalüüs.

Kõigil maismaataimedel ning enamikul veetaimedel ja vetikatel on üks ühine joon: nad on eukarüootid. Lisaks raku tuumale kannavad nende rakud mitokondreid ja ennekõike kloroplasti - organellid, milles toimub fotosüntees. Populaarse teooria kohaselt moodustusid need keerukamad rakud endosümbioosi teel - neelatud bakteritest said rakuorgaanid.

Geenivaramu jälgimine

Millal ja kus see oluline samm taimede arengus toimus, on ebaselge. Viimane fossiilide register näitab, et umbes 1, 6 miljardit aastat tagasi oli mitu ürgtaime - sel ajal oli kloroplastide endosümbioos juba tükk aega maha jäänud.

Kui see võis juhtuda ja kes oli kloroplasti tarnija, on Patricia Sanchez-Baracaldo ja tema kolleegid nüüd DNA-võrdluste abil rekonstrueerinud. Oma uuringu jaoks võrdlesid nad esmalt 49 sinivetika genoomi, et teha kindlaks rühm, keda võiks pidada algsete kloroplastide doonoriks. Lisaks võrdlesid nad 29 geeni, mis esinevad nii eukarüootsetes taimedes kui ka sinivetikates.

Kõigi kloroplastide esivanem

Tulemus: esimeste kloroplastide ürgne tarnija oli tõenäoliselt sini-rohelised vetikad perekonnast Gloeomargarita. Need sinivetikad avastati esmakordselt 21012. aastal Mehhiko soolalahuses. Uutest DNA-võrdlustest selgub nüüd, et see rühm pidi olema esimeste eukarüootsete vetikate lähim sugulane. kuva

Laguna de Alchichica: selle Mehhiko järve avastas 2012. aastal Gloeomargarita lithophora, kes on algsete kloroplastide suhtes lähim endiselt elav. AnypReyes / CC-by-sa 4.0

Need sinised positsioonid erinevad kõigist teistest elusolevatest sinivetikatest endiselt väga primitiivse fotosünteesisüsteemi abil. Siin istuvad kergelt koristatavad valgukompleksid endiselt otse raku plasmamembraanil ja mitte, nagu tavaliselt, raku sees mitmekordselt volditud Thylakoidmembranenil.

Endosümbioos 1, 9 miljardit aastat tagasi

Nagu teadlased teatavad, eraldasid Gloeomargarita esivanemad ja esimesed kloroplastide tarnijad ülejäänud sinivetikatest umbes 2, 1 miljardit aastat tagasi. "Sel ajal olid need sinivetikad veel väga väikesed ja tõenäoliselt asustatud madala soolasisaldusega ruumid - nagu magevee jaoks tüüpiline, " ütlevad Sanchez ja tema kolleegid.

Ainult 200 miljonit aastat hiljem, aga umbes 1, 9 miljardit aastat tagasi, toimus otsustav sümbioos: teise raku poolt hõivatud sinivetikas sai kloroplasti ja seega esimese eukarüootse taimeraku komponendiks. Kui endosümbioosi osas kinnitatakse, oleks see olnud umbes 700 miljonit aastat varem, kui 2012. aastal arvati.

Sûwasser ookeani asemel

See oluline samm tänapäevaste taimede poole toimuks suure tõenäosusega ka magevees, kus tol ajal elasid algsete kloroplastide tarnijad. "Meie uuringu tulemused viitavad sellele, et esimesed eukarüootsed vetikad arenesid kõigepealt maismaa vetes, " ütleb Sanchez. "Alles hiljem koloniseerisid nad merekeskkonna." Kuni ookeanist sai nende ürgrakkude esimene tõeline punane ja roheline vetikas, kulus teadlaste teatel peaaegu miljard aastat.

"Enne fotosünteesi oli meie maa kummaline koht, mis oli meile, inimestele, täiesti asustamatu, " selgitab Bristoli ülikooli kaasautor Davide Pisani. "Oma tööga oleme nüüd teinud suuri edusamme mõistmaks, kuidas Maast on saanud planeet, mida me täna tunneme." (Riikliku Teaduste Akadeemia (PNAS) toimetised, 2017; doi: 10.1073 /pnas.1620089114)

(PNAS / Bristoli ülikool, 15.08.2017 - MTÜ)