Эукариот балырларда азотту бекитүүчү клетка-органелла нитропласттын ачылышы   

биосинтези белоктор жана нуклеин кислотасы талап кылуу азот бирок атмосфералык азот үчүн жеткиликтүү эмес эукариоттор органикалык синтез үчүн. Аз гана прокариоттор (мисалы цианобактериялар, клостридия, архей ж.б.) мол молекулярдык азотту бекитүү жөндөмүнө ээ атмосфера. Кээ бир азотту бекитүү бактерия эндосимбионт катары симбиоздук байланышта эукариоттук клеткалардын ичинде жашашат. Мисалы, цианобактериялар Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) — бир клеткалуу микробалырлардын эндосимбионту Braarudosphaera bigelowii деңиз системаларында. Мындай табигый кубулуш эукариоттордун эволюциясында чечүүчү роль ойногон деп эсептелет клетка эукариоттук клеткага эндосимбиотикалык бактериялардын интеграциясы аркылуу митохондрия жана хлоропласттардын органеллдери. Жакында жарыяланган изилдөөдө окумуштуулар цианобактериялар "УЦЫН-А” эукариоттук микробалырлар менен тыгыз интеграцияланган Braarudosphaera bigelowii эндосимбионттан нитропласт деп аталган азотту бекитүүчү эукариоттук клетка органелласына чейин эволюциялашкан. Бул микробалырларды жаратты Braarudosphaera bigelowii биринчи белгилүү азот бекитүүчү эукариот. Бул ачылыш прокариоттордон эукариотторго чейин атмосфера азотунун фиксациялоо функциясын кеңейтти.  

Симбиоз, башкача айтканда, ар кандай түрдөгү организмдердин жашоо чөйрөсүн бөлүшүп, чогуу жашоосу жалпы табигый көрүнүш. Симбиотикалык мамиледеги өнөктөштөр бири-биринен пайда көрүшү мүмкүн (мутуализм) же бири пайда алып, экинчиси таасирленбестен (комменсализм) же бирөө пайда алып, экинчиси зыян келтириши мүмкүн (паразитизм). Симбиоздук байланыш бир организмдин экинчисинин ичинде жашаганда, мисалы, эукариоттук клетканын ичинде жашаган прокариоттук клетканын ичинде эндосимбиоз деп аталат. Мындай жагдайда прокариоттук клетка эндосимбионт деп аталат.  

Эндосимбиоз (б.а. прокариоттордун ата-теги эукариоттук клетканын интернационализациясы) эукариоттордун жашоо формаларынын көбөйүшүнө салым кошкон татаал эукариоттук клеткаларга мүнөздүү болгон митохондрия менен хлоропласттардын эволюциясында чечүүчү роль ойногон. Аэробдук протеобактерия айлана-чөйрөнүн кычкылтекке бай болуп жаткан маалында эндосимбионт болуу үчүн ата-бабадан калган эукариоттук клеткага кирген деп болжолдонууда. Эндосимбионт протеобактериясынын кычкылтекти энергияны өндүрүү үчүн колдонуу жөндөмү эукариот ээсине жаңы чөйрөдө өрчүшүнө шарт түздү, ал эми башка эукариоттор жаңы кычкылтекке бай чөйрө киргизген терс тандоо басымынан улам тукум курут болду. Акыр-аягы, протеобактерия митохондрияга айлануу үчүн кабыл алуучу система менен интеграцияланган. Ошо сыяктуу эле, кээ бир фотосинтездөөчү цианобактериялар эндосимбионт болуу үчүн ата-баба эукариотторуна киришет. Убакыттын өтүшү менен, алар хлоропласт болуп эукариот ээси системасы менен ассимиляцияланган. Хлоропласттары бар эукариоттор атмосферадагы көмүртекти бекитүү жөндөмүнө ээ болуп, автотрофтарга айланган. Көмүртек түзүүчү эукариоттордун ата-бабаларынын эукариотторунан эволюциясы жер бетиндеги жашоонун тарыхында бурулуш учур болгон. 

Азот белоктордун жана нуклеин кислоталарынын органикалык синтези үчүн талап кылынат, бирок атмосфералык азотту бекитүү жөндөмдүүлүгү бир нече прокариоттор менен гана чектелет (мисалы, кээ бир цианобактериялар, клостридиялар, археялар ж.б.). Бир дагы белгилүү эукариот атмосферадагы азотту өз алдынча беките албайт. Табиятта азотту фиксирлөөчү прокариоттор менен көмүртектүү эукариоттордун ортосундагы өз ара эндосимбиотикалык мамилелер жаратылышта байкалат. Мындай мисалдардын бири цианобактериялар Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) менен деңиз системаларындагы бир клеткалуу микробалырлар Braarudosphaera bigelowii ортосундагы өнөктөштүк.  

Жакында жүргүзүлгөн изилдөөдө цианобактериялар Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) менен бир клеткалуу микробалырлар Braarudosphaera bigelowii ортосундагы эндосимбиотикалык байланыш жумшак рентген томографиясы аркылуу изилденген. Клетканын морфологиясын жана балырлардын бөлүнүшүн визуализациялоодо эндосимбионттук цианобактериялар клетканын бөлүнүшү учурунда эукариоттогу хлоропласттар менен митохондриялар бирдей бөлүнөт. Клеткалык иш-аракеттерге катышкан белокторду изилдөө алардын бир топ бөлүгү балырлардын геному менен коддолгондугун көрсөттү. Бул биосинтез, клетканын өсүшү жана бөлүнүшү үчүн зарыл болгон белокторду камтыйт. Бул табылгалар эндосимбионт цианобактериялар кабыл алуучу клеткалык система менен тыгыз интеграцияланганын жана эндосимбионттон кабыл алуучу клетканын толук кандуу органеллине өткөндүгүн көрсөтүп турат. Натыйжада, ээ балыр клеткасы өсүү үчүн зарыл болгон белокторду жана нуклеиндик кислоталарды синтездөө үчүн атмосфералык азотту бекитүү жөндөмүнө ээ болгон. Жаңы органелл деп аталат нитропласт анын азот фиксинг жөндөмдүүлүгүнө байланыштуу.  

Бул бир клеткалуу микробалырларды түзөт Braarudosphaera bigelowii биринчи азот бекитүүчү эукариот. Бул өнүгүү үчүн кесепеттери болушу мүмкүн айыл чарба жана узак мөөнөттүү келечекте химиялык жер семирткичтер өнөр жайы.

*** 

Колдонулган адабияттар:  

1. Coale, TH жана башкалар. 2024. Деңиз балырындагы азотту бекитүүчү органелл. Илим. 11-апрель 2024. 384-том, 6692-бас. 217-222-бб. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk1075 

2. Массана Р., 2024. Нитропласт: Азотту бекитүүчү органелл. ИЛИМ. 11-апрель 2024. 384-том, 6692-бас. 160-161-б. DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado8571  

***