Эукариот балырларда азотту бекитүүчү клетка-органелла нитропласттын ачылышы   

Белоктордун жана нуклеин кислотасынын биосинтези азотту талап кылат , бирок атмосфералык азот эукариоттор үчүн органикалык синтез үчүн жеткиликтүү эмес . Атмосферада мол болгон молекулярдык азотту фиксациялоо жөндөмүнө бир нече гана прокариоттор (мисалы , цианобактериялар , клостридиялар , археялар ж.б.) ээ . Айрым азот фиксациялоочу бактериялар эукариоттук клеткалардын ичинде эндосимбиоттук байланышта жашашат. Мисалы, цианобактериялар Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) деңиз системаларындагы бир клеткалуу микробалырлардын Braarudosphaera bigelowii эндосимбионту болуп саналат. Мындай табигый кубулуш эндосимбиоттук бактерияларды эукариоттук клеткага интеграциялоо аркылуу эукариоттук клетка органеллаларынын, митохондриялардын жана хлоропласттардын эволюциясында чечүүчү ролду ойногон деп эсептелет . Жакында жарыяланган изилдөөдө изилдөөчүлөр " UCYN-A " цианобактериялары эукариоттук микробалырлар Braarudosphaera bigelowii менен тыгыз интеграцияланып , эндосимбионттон нитропласт деп аталган азотту фиксациялоочу эукариоттук клетка органелласына айланганын аныкташкан. Бул Braarudosphaera bigelowii микробалырларын биринчи белгилүү азотту фиксациялоочу эукариотко айландырган. Бул ачылыш атмосфералык азотту прокариоттордон эукариотторго 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 бир изилдөөдө цианобактериялар Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) менен бир клеткалуу микробалырлардын Braarudosphaera bigelowii ортосундагы эндосимбиотикалык байланыш жумшак рентген томографиясын колдонуу менен изилденген. Балырлардын клетка морфологиясын жана бөлүнүшүн визуалдаштыруу клетканын бөлүнүшү учурунда эукариоттордун бөлүнүүсүндөгү хлоропласттар жана митохондриялар сыяктуу эле бирдей бөлүнгөн координацияланган клетка циклин аныктаган. Клеткалык активдүүлүккө катышкан белокторду изилдөө алардын олуттуу бөлүгү балырлардын геному менен коддолгонун көрсөттү. Буга биосинтез, клетканын өсүшү жана бөлүнүшү үчүн маанилүү болгон белоктор кирген. Бул ачылыштар эндосимбионттук цианобактериялар кожоюн клеткалык система менен тыгыз интеграцияланып, эндосимбионттон кожоюн клетканын толук кандуу органелласына өткөнүн көрсөтүп турат. Натыйжада, кожоюн балыр клеткасы өсүү үчүн зарыл болгон белокторду жана нуклеин кислоталарын синтездөө үчүн атмосфералык азотту фиксациялоо жөндөмүнө ээ болгон. Жаңы органелла азотту фиксациялоо жөндөмүнөн улам нитропласт деп аталат.

Бул бир клеткалуу микробалырлар Braarudosphaera bigelowiiди биринчи азотту бекитүүчү эукариотко айлантат. Бул өнүгүү узак мөөнөттүү келечекте айыл чарбасына жана химиялык жер семирткичтер өнөр жайына таасирин тийгизиши мүмкүн.

*** 

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  

***