Znanstvenici stvaraju uvjete koji su izazvali složen život

Izvorna verzija od ova priča pojavio se u Magazin Quanta.

Daleko od toga da su solo operatori, većina jednoćelijskih mikroba je u složenim vezama. U oceanu, tlu i crijevima mogu se boriti i jesti jedni druge, razmjenjivati ​​DNK, natjecati se za hranjive tvari ili se hraniti nusproizvodima jedni drugima. Ponekad postanu još intimniji: jedna ćelija može kliznuti u drugu i učiniti se ugodnim. Ako su uvjeti u pravu, možda će ostati i biti dobrodošli, što bi pokrenulo vezu koja bi mogla trajati generacijama – ili milijarde godina. Ovaj fenomen jedne stanice koja živi unutar druge, nazvanu endosimbioza, potaknula je evoluciju složenog života.

Primjeri endosimbioze su posvuda. Mitohondrije, tvornice energije u vašim stanicama, nekada su bile bakterije slobodnog života. Fotosintetske biljke duguju svoje sunčeve šećere kloroplastu, koji je u početku bio neovisni organizam. Mnogi insekti dobivaju bitne hranjive tvari od bakterija koje žive u njima. I prošle godine istraživači otkrio “nitroplast”, Endosimbiont koji pomaže nekim algama da obrađuju dušik.

Toliko se života oslanja na endosimbiotske odnose, ali znanstvenici su se borili da shvate kako se događaju. Kako internalizirana ćelija izbjegava probavu? Kako se nauči reproducirati unutar svog domaćina? Što čini nasumično spajanje dva neovisna organizama u stabilno, trajno partnerstvo?

Sada su prvi put istraživači gledali uvodnu koreografiju ovog mikroskopskog plesa inducirajući endosimbiozu u laboratoriju. Nakon što su ubrizgavali bakterije u gljivicu-postupak koji je zahtijevao kreativno rješavanje problema (i pumpa za bicikle)-istraživači su uspjeli izazvati suradnju bez ubijanja bakterija ili domaćina. Njihova zapažanja nude pogled na uvjete koji omogućuju da se ista stvar dogodi u divljini mikroba.

Stanice su se čak prilagodile jedna drugoj brže nego što se predviđalo. “Za mene to znači da organizmi žele zapravo živjeti zajedno, a simbioza je norma”, rekao je Vasilis kokkorismikolog koji proučava staničnu biologiju simbioze na Sveučilištu VU u Amsterdamu i nije bio uključen u novu studiju. “Dakle, to je velika, velika vijest za mene i za ovaj svijet.”

Rani pokušaji koji su propali otkrivaju da većina staničnih ljubavnih veza nije uspješna. Ali razumijevanjem kako, zašto i kada organizmi prihvaćaju endosimbionte, istraživači mogu bolje razumjeti ključne trenutke u evoluciji, a također potencijalno razviti sintetičke stanice koje su konstruirane s supersimnim endosimbiontima.

Proboj stanične stijenke

Julia VorholtMikrobiolog sa Swiss Federal Institute of Technology Zurich u Švicarskoj, dugo je zbunio okolnosti endosimbioze. Istraživači na terenu teoretizirali su da se jednom bakterija uvuče u stanicu domaćina, odnos se zalaže između infekcije i harmonije. Ako se bakterija prebrzo reproducira, ona riskira iscrpljivanje resursa domaćina i pokreće imunološki odgovor, što je rezultiralo smrću gosta, domaćina ili oboje. Ako se reproducira previše sporo, neće se uspostaviti u ćeliji. Samo u rijetkim slučajevima, mislili su da bakterija postiže reproduktivnu brzinu Goldilocks -a. Zatim, kako bi postao pravi endosimbiont, mora se infiltrirati u reproduktivni ciklus svog domaćina kako bi se vozio do sljedeće generacije. Konačno, genom domaćina mora na kraju mutirati kako bi se prilagodio bakteriji – dovodeći do njih da se razvijaju kao jedinica.

“Oni postaju ovisni jedni o drugima”, rekao je Vorholt.