Trzy miliardy lat temu na Ziemi było inaczej. Po pierwsze, w całym miejscu nie było całego tlenu - pierwsze sinice musiały znaleźć sposób na życie na wulkanicznym dwutlenku węgla , wodzie i świetle słonecznym. Te dawne organizmy żyły beztlenowo , bez tlenu. Co dziwne, to, co dziś oddychamy, to rodzaj atmosfery, którą nam stworzyli, ponieważ produkt uboczny ich produkcji żywności - tlen - ostatecznie wyprzedził ziemską atmosferę. Organizmy beztlenowe wpychano do beztlenowych zakamarków planety i utrzymywano w prostocie i jednokomórkowej.
To zwierzę, ale bez mitochondriów
Jednak, gdy nie jest to regułą, nie jest zwykle wyjątek, a grupa naukowców odkryli niewielki, pasożytnicze cnidarian - krewny meduzy - które najwyraźniej nie używać tlenu do oddychać. Oni opublikowali swoje odkrycia w 24 lutego 2020 emisyjna Proceedings of the National Academy of Sciences.
To zwierzę, Henneguya salminicola , jest małym pasożytem z głowami obcych i długim ogonem, który odżywia się tkanką mięśniową łososia i innych ryb. To eukariota - członek szerokiej grupy organizmów, która obejmuje większość organizmów żywych, które można zobaczyć gołym okiem: zwierzęta, rośliny, grzyby itp. Komórki eukariontów zawierają różnego rodzaju fantazyjne organelle, które ich bardziej prymitywne odpowiedniki , prokarionty , nie mają. Jedną z tych organelli są mitochondria, struktura, która ma własny, maleńki genom, oddzielony od reszty organizmu i której komórki eukariotyczne wykorzystują do produkcji energii za pomocą tlenu.
Ale w większych grupach, które nazywamy „eukariotami”, jest kilka jednokomórkowych gatunków bez zwierząt, które są beztlenowe. Nie mają mitochondriów, ale mają coś, co naukowcy nazywają „organellami związanymi z mitochondriami”. Henneguya salminicola jest pierwszym zwierzęciem posiadającym tę cechę.
To wszystko jest bardzo dziwne, ale jak to się stało?
Ewolucja anomalii
„Przodkowie Henneguya prawie na pewno mieli mitochondria” - mówi współautor badania Stephen Atkinson, profesor na Wydziale Mikrobiologii Uniwersytetu Stanowego w Oregonie, w wywiadzie e-mailowym. "Wszyscy jego najbliżsi krewni mają mitochondria, więc ewolucja w kierunku beztlenowego stylu życia i utrata funkcjonalnych mitochondriów wydaje się być niedawną adaptacją samego gatunku - przynajmniej o czym wiemy!"
W komórkach typowych zwierząt mitochondria wykorzystują tlen w wieloetapowym procesie do wytwarzania energii chemicznej. Zespół badawczy odkrył, że pasożyt musiał po prostu przystosować się do środowiska z bardzo małą ilością dostępnego tlenu. Bez mitochondriów stracił instrukcje genetyczne dla co najmniej kilku części procesów wykorzystujących tlen - na przykład Henneguya salminicola utracił swój genom mitochondrialny, którego potrzebują inne komórki zwierzęce, ponieważ zawierają instrukcje użycia tlenu. Tracąc genom, pasożyt oszczędza energię, ponieważ nie musi kopiować genów rzeczy, których już nie potrzebuje.
Ale w jaki sposób może przetrwać bez tlenu?
„Zakładamy, że zamiast tego musi absorbować cząsteczki związane z produkcją energii z komórek gospodarza, które już wykonały część przetwarzania” - mówi Atkinson. „Kradzież czegoś od gospodarza jest podstawą pasożytnictwa!”
Co to znaczy być zwierzęciem?
Podobnie jak w przypadku wielu ważnych odkryć, odkrycie to było całkowicie nieoczekiwane - naukowcy mieli nadzieję porównać genomy dwóch małych pasożytów i za każdym razem, gdy próbowali zbadać genom Henneguya salminicola , coś było oczywiście bardzo dziwne. Patrząc dalej, odkryli, że jego komórki zawierały małą pustą torebkę, w której kiedyś mogły znajdować się mitochondria.
„To odkrycie poszerzyło naszą wiedzę o tym, co to znaczy być„ zwierzęciem ”, pokazując, że nawet złożone formy życia mogą ewoluować w taki sposób, aby odnieść sukces w środowisku bez tlenu” - mówi Atkinson. „Świadomość, że mogą istnieć zwierzęta beztlenowe, ostrzega nas, że musimy szukać tego u innych gatunków - i być może szukać zwierząt w środowiskach beztlenowych, w których nigdy wcześniej byśmy nie szukali. Szczególnie w przypadku badań nad pasożytami myksozoanami oznacza to, że będzie odtąd szukać niezwykłych lub brakujących mitochondriów u innych gatunków, aby spróbować odkryć powiązania między żywicielami, tkankami i środowiskiem, które prowadzą do utraty funkcji mitochondriów w celu wykorzystania metabolizmu beztlenowego ”.
Odkrycie mechanizmów beztlenowych u tych pasożytów może również otworzyć nową drogę do leczenia, ponieważ specyficzne leki zostały użyte do zwalczania innych pasożytów beztlenowych.
Teraz to jest interesujące
Dwa inne eukarionty, które utraciły swoje mitochondria, to giardia, pasożyt jelitowy i pasożyt wywołujący zakażenie rzęsistkowicą przenoszoną drogą płciową, zwane Trichomonas vaginalis .
