01.07.2011

Диатомовые водоросли пережили каскад симбиозов

Одна из самых распространенных на Земле групп организмов много лет вводила ученых в заблуждение. Биологи считали, что диатомовые водоросли научились фотосинтезу от красных, забрав у них часть генома. Однако на самом деле процесс шел намного дольше и сложнее.

Невидимые фиксаторы

Диатомовые водоросли – одна из самых распространенных и экологически пластичных групп организмов. Они обитают практически везде – в пресных и соленых водоемах, ледниках и даже пустынных почвах. Эти крошечные организмы, обладающие кремниевым скелетом самой разнообразной и причудливой формы, фиксируют в процессе фотосинтеза примерно 20% всего атмосферного углерода. Ученые считают, что секрет успеха диатомeй кроется в активном обмене генами с другими организмами. В 2004 году ученые расшифровали геном двух диатомовых водорослей - Thalassiostra и Phaeodactylum. Благодаря этому исследованию удалось раскрыть множество тайн происхождения и эволюции этой группы организмов.

Симбиоз с бактериями

Как считают генетики, свой сложный эволюционный путь диатомеи начали несколько миллиардов лет назад с заимствования генов у бактерий. Вступив с ними в симбиотическую связь, водоросли забрали у бактерий все самое лучшее - гены, ответственные за построение кремниевых оболочек, а также гены рецепторных и сигнальных белков. Кстати, именно благодаря этим рецепторам диатомеи успешно ориентируются в условиях освещенности и воспринимают другие сигналы из окружающей среды. Правда, тогда диатомовые водоросли представляли собой нефотосинтезирующий одноклеточный организм с бактериальными генами. Чтобы сохранить прочные позиции и выдержать конкуренцию нужно было как-то научиться фотосинтезу. И тогда диатомеи предприняли следующую попытку симбиоза. Как считалось до настоящего времени, около 1 млрд лет назад это находчивые водоросли образовали симбиотическую связь с одноклеточной красной водорослью Cyanidioschyzon merolae.

Кто научил диатомеи фотосинтезу?

Но биологи из нескольких американских и европейских университетов под руководством доктора Ахмеда Мустафы из университета Айовы пришли к совершенно другому выводу. Проанализировав примерно 2,5 тыс. генов у двух видов Thalassiostra и Phaeodactylum, ученые обнаружили, что 70% всех генов этих диатомей происходят от зеленых водорослей. И только 30% генома диатомеи получили от красных водорослей и бактерий. Как говорят ученые, новые данные говорят о том, что первоначально произошел симбиоз диатомей с зелеными водорослями, а не с красными.

По словам доктора Мустафы, следующий вопрос, который возник, какие же виды зеленых водорослей передали эти гены. Филогенетический анализ показал, что большую часть генетического материала диатомовые водоросли унаследовали от крошечных, размером всего в 0,95 микрометра, зеленых водорослей Micromonas и Ostreococcus класса празинофитов (Prasinophytes). Эти примитивные одноклеточные зеленые водоросли возникли в раннем кембрии примерно 542 млн лет назад. Имея всего один хлоропласт и одну митохондрию, празинофиты вступили в симбиоз с диатомовыми водорослями и передали им свой генетический материал.

Именно так диатомовые водоросли научились фотосинтезировать. Причем произошло это не 1 млрд лет назад, как считалось ранее, а намного позже.

Об исследованиях ученых можно прочитать в журнале Science Reports.

Анна Говорова

Источники:

1. infox.ru