Новый вид симбиоза: уникальное взаимодействие саламандры и зеленых водорослей
Внутриклеточные механизмы взаимодействия между видами в природе встречаются достаточно часто, но до этого ученые наблюдали их только у низших существ — кораллов, моллюсков, насекомых. Новое исследование, опубликованное в научном журнале eLife, описывает первый известный пример фотосимбиоза с участием клеток взрослого позвоночного животного. Как показала совместная работа исследовательской группы из Американского музея естественной истории и Геттисбергского колледжа, зеленые водоросли Oophila amblystomatis выбрали своим домом клетки, расположенные по всему телу пятнистой саламандры Ambystoma maculatum. Саламандра, судя по всему, не подвергается негативному воздействию от такого соседства. С другой стороны, зеленые водоросли, являющиеся фотосинтетиками, вынуждены полагаться на альтернативные способы производства энергии.
Для ученых это открытие стало настолько необычным, что они до сих пор не могут сказать, кто был инициатором симбиоза и какую пользу от него получает то или иное существо. В качестве примера взаимовыгодных отношений в природе можно привести одноклеточных динофлаггелятов, которые скапливаются в кораллах или гигантских моллюсках, используя энергию фотосинтеза для обеспечения жизнедеятельности своих хозяев. В человеческом теле примером симбиоза выступают кишечные бактерии, которые помогают нам переваривать пищу.
Взрослая саламандра Ambystoma maculatum
Как показывает исследование, зеленые водоросли, прошедшие стадию зародыша, размножаются и вторгаются в ткани и клетки развивающихся эмбрионов саламандры. Кроме первоначального симбиотического взаимоотношения между яйцами и водорослями неясно, продолжается ли симбиоз по мере роста саламандры, или же он переходит в остаточную форму, сродни паразитарной инфекции. Чтобы исследовать феномен, Джон Бернс из отдела Зоологии беспозвоночных AMNH попытался изучить сам механизм взаимодействия клеток двух существ. Используя методику под названием RNA-Seq, исследователи секвенировали РНК (одноцепочечную копию ДНК, которая помогает клеткам производить белки) обоих организмов, а затем проанализировали их на предмет изменений, чтобы отследить динамику метаморфозы ДНК.
Хвост пятнистой саламандры с эндосимбиотическими водорослями. Водоросли визуализируются флуоресценцией хлорофилла, отображаемой как яркие белые области
Как показал анализ, клетки саламандры, содержащие зеленые водоросли, относились к ним как к инородному агенту, но при этом организма саламандры не проявлял никаких признаков отторжения или агрессии по отношению к чужеродным тканям. По словам Бернса, существуют лишь намеки на то, что организм животного осведомлен о том, что внутри него находятся водоросли: некоторые гены, связанные с сильным замедлением иммунного ответа, оказались сильнее выражены у саламандр-симбионтов.
Зеленые водоросли, напротив, претерпевают радикальные изменения. В отличие от симбиоза с кораллами, в данном случае вместо нормального фотосинтеза и производства кислорода они занимаются ферментацией. Это указывает на сравнительно низкую кислотность среды. Джон полагает, что ферментацию могло спровоцировать отсутствие серы, которая, к примеру, помогает зеленым водорослям производить водород в современной индустрии биотоплива. Так почему же зеленые водоросли помещают себя в такие стрессовые условия?
Эмбрион саламандры с большим количеством клеток водорослей внутри тканей. За счет флуоресценции хлорофилла водоросли окрашиваются в ярко-желтый цвет
По мнению ученых, посредством таких взаимоотношений саламандра защищает себя от воздействия патогенов. Животное позволяет водорослям поселиться в своем теле, и иммунный ответ, спровоцированный в результате, защищает земноводное от агрессивной среды пруда. Впрочем, эта теория «защитного симбиоза» еще не была подтверждена. Другая теория заключается в том, что, несмотря на ферментацию, зеленые водоросли все же питают клетки саламандры, пусть и не так активно, как если бы они занимались фотосинтезом. Да и сам фотосинтез может быть редуцирован лишь отчасти: саламандры подолгу греются на солнце, так что частичное использование солнечной энергии водорослями может быть возможно с помощью определенных модификаций фотосинтетических путей.
Как бы то ни было, это открытие меняет представление ученых о фотосимбиозе. Подобные примеры, по словам ученых, могут существовать в дикой природе и их еще предстоит открыть, но пока что команда занимается тем, что изучает механизм укоренения водорослей в теле животного и общие принципы их взаимодейcтвия.
