[Перевод] Стреляющий планктон: крохотные организмы орудуют впечатляющей артиллерией
Одноклеточные морские организмы отстреливают свою добычу при помощи сетей, как у Человека-паука и миниатюрных пулемётов Гатлинга.
Динофлагелляты под названием Nematodinium и Polykrikos — это микроскопический планктон, плавающих на поверхности существ, которых тоннами заглатывают киты. Но у упомянутых динофлагеллятов, одного из типов протист, жизнь наполнена собственной драмой. Они — охотники, поедающие другие динофлагелляты, для чего у них есть броня, микроскопическое военное снаряжение и даже химическое оружие.
Новое исследование обнаружило, что Nematodinium и родственные им динофлагелляты изобрели свой собственный тип оружия: и хотя они очень похожи на стрекательные клетки медуз, эти структуры эволюционировали независимо, возможно потому, что гонка вооружений проходила в мире планктона.
«Они могли бы быть полицейскими океана», — сказал Грегори Гавелис, исследователь, постдок в Аризонском государственном университете, руководивший исследованием динофлагеллятов, когда он работал в Университете Британской Колумбии. «У них нелепое количество оборудования для достижения целей».
Самые крутые клетки
Динофлагелляты — «объективно говоря, самые крутые клетки», — рассказал Гавелис. До этого он уже обнаружил, что у Nematodinium есть глазное пятно с линзой и светочувствительный пигмент; это значит, что, несмотря на одноклеточность, этот организм может в каком-то смысле видеть.
Необычный набор оружия Nematodinium называют нематоцистами. Гавелис с коллегами использовали сканирующий электронный микроскоп для получения изображений нематоцист как этого, так и другого хорошо вооружённого вида динофлагеллятов, Polykrikos kofoidii.
Они также впервые сняли на видео выстрел из оружия Polykrikos kofoidii.
Они увидели работу довольно сложных структур: у Nematodinium есть нематоцисты, собранные в виде розеток и выглядящие, как многоствольный пулемёт Гатлинга.
«Никто ещё не видел, как эти существа охотятся, поскольку Nematodinium встречаются чрезвычайно редко, — сказал Гавелис. — В отличие от пулемёта Гатлинга они, скорее всего, стреляют из всех этих капсул одновременно».
А у P. kofoidii всё ещё более странно. Эти динофлагелляты размещают капсулы на своей поверхности, и каждая из них снабжена пальцевидным выступом, тэниоцистом. Когда она встречается с жертвой, тэниоцист взрывается, выстреливая, как считает Гавелис, клейкую субстанцию, напоминающую паутину Человека-паука. Взрыв заставляет капсулу, нематоцисту, выстрелить скрученной в спираль трубочкой, на конце которой находится острый выступ в виде кинжала, стилет. Стилет проникает в жертву, спираль рассасывается, а жертва оказывается привязанной к хищнику-динофлагелляту своеобразным буксиром.
«Они используют буксир точно так, будто подтягивая рыбу, пойманную гарпуном», — говорит Гавелис.
И потом наступает время перекусить.
Polykrikos kofoidii
Независимая эволюция
Жалящие морские животные, медузы и другие стрекающие, тоже имеют в арсенале нематоцисты. Из-за этого, говорит Гавелис, уже давно существовали теории о том, что динофлагелляты и стрекающие произошли от далёкого общего родственника, обладавшего впечатляющим арсеналом защиты. Ещё одна возможность состоит в том, что динофлагелляты и стрекающие обменялись несколькими генами. Один вид динофлагеллятов обитает в симбиозе с кораллами, которые также относятся к стрекающим, что делает обмен генами возможным.
Гавелис с коллегами изучали геном гидры и сравнили её гены, отвечающие за нематоцисты, с генами одноклеточных. Также они сравнили белки, имеющиеся у стрекающих, с тем, что есть у динофлагеллятов.
И не обнаружили никаких связей. Гавелис говорит, что гены, строящие нематоцисты у динофлагеллятов, совершенно не похожи на гены, занимающиеся этим у стрекающих. Новые открытия, опубликованные в конце марта в журнале Science Advances, означают, что стрекающие и динофлагелляты самостоятельно получили в результате эволюции похожее оружие.
Гавелис подозревает, что динофлагелляты развили при помощи эволюции такое сложное охотничье снаряжение, потому что их добыча опасна для них — это другие динофлагелляты. Polykrikos, к примеру, пожирает планктон, отвечающий за токсические красные приливы. Протистам, питающимся бактериями, не нужно особое оружие, как говорит Гавелис, но возможно, что у динофлагеллятов хищники и жертвы проводят гонку вооружений с целью выживания.
Они с командой сейчас занимаются проверкой этой гипотезы, выясняя, будут ли динофлагелляты вырабатывать больше «орудий», если их оппозиция окажется лучше вооружённой. Если так, то количество вырабатываемых нематоцист должно будет зависеть от того, в какой компании они окажутся.
«Сейчас у нас, по сути, проходят микробные бои в клетках, где мы сталкиваем между собой разные виды», — говорит Гавелис.
