Bakteria Symbiotik menggantikan cacing laut dengan organ pencernaan dan organ perkumuhan • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Genetik

Symbionts bakteria menggantikan organ pencernaan cacing laut dan perkumuhan

Cacing Laut Unik Olavius ​​algarvensismempercayakan rezekinya dan pembuangan sisa kepada bakteria simbiotik (foto dari www.mpi-bremen.de)

Cacing laut Olavius ​​algarvensis Ia tidak mempunyai pencernaan atau sistem penguraian. Seperti yang ternyata, symbionts hidup di bawah penutup luarannya – empat jenis bakteria. Mereka bukan sahaja menyediakan cacing dan satu sama lain dengan segala yang mereka perlukan, tetapi juga membuang produk sisa cacing, yang membolehkannya dilakukan tanpa sistem perkumuhan. Satu superorganisme yang unik yang dibentuk oleh lima spesies makhluk hidup, terima kasih kepada sistem kerjasama biokimia yang kompleks, boleh hidup dalam keadaan di mana tidak ada komponennya akan bertahan sendiri.

Sekali simbiosis dianggap fenomena yang agak jarang – agak penasaran daripada peraturan. Penemuan sifat-sifat simbiotik lichen pada tahun 70-an abad ke-19 yang saudara-saudara benar-benar terkejut (tidak perlu dikatakan, kebiasaan yang ada dengan Alam Alam!). Sejak itu, banyak telah berubah. Sudah pada permulaan abad ke-20, beberapa pemikir yang mengagumkan mengandaikan bahawa simbiosis dan kerjasama dapat memainkan peranan besar dalam pembangunan kehidupan di Bumi. Walaupun pendekatan "organisma berpusat" dalam bidang biologi masih menguasai, saintis hari ini memahami dengan jelas bahawa "organisma autonomi"dibentuk dan hidup tanpa sebarang penyertaan apa-apa symbionts, masih perlu untuk mencari dalam alam semula jadi. Kebanyakan benda hidup yang mendiami planet ini sebenarnya adalah "superorganisma" – kompleks kompleks simbiotik.

Manusia tidak terkecuali. Setiap sel kita menerima tenaga yang diperlukan dari mitokondria, keturunan bakteria simbiotik. Kami telah menerima banyak gen kami daripada virus, pelbagai jenis "egoistik" DNA, dan unsur genetik mudah alih, seperti transposon (lihat mamalia purba yang dijangkiti plasenta, Elemen, 15 Disember 2005). Introns – memasukkan not pengekodan, yang terdapat dalam kebanyakan gen kami dan mempengaruhi aktiviti mereka, juga mungkin keturunan unsur mudah alih sekali "dijinakkan" oleh nenek moyang kita. Metabolisme kita sebahagian besarnya ditentukan oleh banyak mikroba yang membentuk flora usus. Dan walaupun anda melihat di dalam mana-mana mikroba ini, maka di sana kami akan menemui ahli biasa symbionts (plasmids, phages, transposons).

Sebagai hubungan simbiotik berkembang, symbiont dapat sepenuhnya kehilangan kemerdekaannya dan menjadi bahagian integral dari pemiliknya (bagaimanapun, ia mesti diterimapada masa yang sama, pemilik kehilangan kemerdekaan dan berhenti menjadi "organisme autonomi").

Satu lagi kejayaan besar dalam kajian kompleks simbiotik semulajadi muncul hari ini berkaitan dengan perkembangan kaedah "analisis metagenomik." Inti dari kaedah ini adalah dalam jumlah pengasingan dari sampel (contohnya, dari tisu haiwan atau dari kandungan usus) semua molekul DNA yang ditangkap. DNA itu dijangkiti (urutan nukleotida ditentukan) dan dari urutan ini mereka menentukan makhluk yang ada di dalam sampel. Satu kelebihan penting pendekatan ini ialah ia membolehkan pengesanan dan pencirian mikrob yang tidak dapat ditanam di makmal (dan kebanyakan mikrob ini). Pangkalan data genetik hari ini sudah cukup mewakili, supaya dengan satu set gen terpencil dari sampel, mungkin untuk menentukan organisme mana yang ada dalam sampel, walaupun organisma ini masih belum diketahui sains. Membandingkan gen yang dijumpai dengan yang diketahui, seseorang dapat mengetahui bukan sahaja kerabatnya adalah makhluk ini, tetapi juga bagaimana mereka hidup dan apa yang mereka nafas.

Elemen sudah menulis mengenai hasil analisis metagenomik kandungan usus manusia (lihatMikrofora usus menjadikan seseorang menjadi superorganisma, "Elemen", 9.06.2006). Malah lebih banyak hasil sensasi yang diterbitkan baru-baru ini di laman web majalah itu Alam sekumpulan saintis besar dari Amerika Syarikat dan Jerman, yang dapat mengesan dan "mentakrifkan", mungkin dengan bantuan analisis metagenomik, sistem simbiotik yang paling mengejutkan dari semua diketahui kini.

Objek itu adalah cacing bergerigi kecil. Olavius ​​algarvensistinggal di Mediterranean. Cacing ini menarik terutamanya kerana ia tidak mempunyai mulut, usus ataupun anus, atau Nephridian – organ-organ perkumuhan. Sesetengah cacing laut yang lain juga belajar bagaimana melakukan tanpa organ pencernaan: sebagai contoh, usus pogonofores berubah menjadi kord yang dipenuhi bakteria simbiotik yang mengoksidakan hidrogen sulfida atau metana (lihat Untuk hidup, cacing laut dalam dijangkiti bakteria baik, Elemen, 05.23.2006). Oleh itu, boleh dijangkakan bahawa Olavius ​​algarvensis ketiadaan usus dikompensasi oleh kehadiran beberapa mikroba simbiotik yang menyediakan tuan rumah mereka dengan makanan sebagai pertukaran untuk kehidupan yang riang di dalam badan asing. Walau bagaimanapun, pengurangan sistem perkumuhan adalah satu fenomena yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk cacing cincin.Adakah mikroba simbiotik berjaya menggantikan cacing bukan sahaja organ pencernaan, tetapi juga organ-organ ekskresi? Sudah tentu, kes ini patut mendapat pemeriksaan yang mendalam.

Analisis metagenomik mendedahkan kehadiran empat spesies bakteria simbiotik di dalam badan cacing, dua daripadanya tergolong dalam kumpulan proteobakteria gamma, dan dua yang lain tergolong dalam proteobakteria delta. Kedua-gamma-proteobakteria, yang genomnya hampir direkabentuk semula, adalah autotrof, iaitu, mensintesis zat organik daripada karbon dioksida. Tenaga yang diperlukan untuk ini diperolehi oleh pengoksidaan sulfida (S2-). Oksigen digunakan sebagai agen pengoksidaan, dan jika tiada oksigen – nitrat (lihat, jika tidak ada oksigen, anda boleh menghirup nitrat, "Elemen", 12.09.2006). Sekiranya tiada nitrat di tangan, sesetengah bahan organik boleh bertindak sebagai agen pengoksidaan. Sebagai produk akhir aktiviti penting, bakteria ini mengeluarkan sebatian sulfur teroksidasi (sebagai contoh, sulfat).

Delta-proteobakteria juga berubah menjadi autotrof, tetapi jenis yang berbeza, iaitu pengurangan sulfat. Mereka mendapat tenaga dengan mengurangkan sulfat (atau sebatian sulfur teroksida yang lain) menjadi sulfida.Oleh itu, metabolisme gamma dan delta proteobacterial delta ternyata menjadi pelengkap: sisa yang pertama berfungsi sebagai makanan untuk kedua, dan sebaliknya.

Proteobakteri delta simbiotik boleh menggunakan hidrogen molekul sebagai agen pengurangan (penderma elektron yang diperlukan untuk pengurangan sulfat). Dalam genom mereka terdapat gen enzim – hidrogenase, diperlukan untuk kerja dengan hidrogen molekul. Ia adalah mungkin (walaupun tidak mungkin untuk membuktikan pasti) bahawa gamma proteobakterial gamma menghasilkan beberapa H2 dalam perjalanan hidup mereka dan, dengan demikian, membekalkan proteobakteria delta bukan sahaja sebatian sulfur teroksida, tetapi juga agen pengurangan.

Symbionts bakteria tidak hidup dalam kedalaman tisu, tetapi terus di bawah sarung luar (kutikula) cacing. Di sini mereka menjalani kehidupan mikroba yang aneh, bertukar-tukar produk metabolisme mereka antara satu sama lain. Segala-galanya yang mereka kekurangan, mereka mendapat dari alam sekitar – pada dasarnya mereka adalah bahan yang meresap dari air laut di bawah kutikula pemilik. Mikrob berkembang biak, dan sel epitelium cacing itu perlahan-lahan menelan mereka dan mencerna mereka.Sumber makanan ini cukup jelas untuk cacing untuk mengelakkan ketidakselesaan kerana kekurangan mulut dan usus.

Tetapi bagaimana cacing mengurus tanpa sistem perkumuhan? Ternyata gen-bakteria-symbionts mengandungi gen protein yang memastikan penyerapan dan penggunaan urea, ammonium dan "buangan" lain cacing. Bahan-bahan ini berfungsi sebagai sumber nitrogen yang berharga.

Sudah tentu, cacing tuan rumah sepenuhnya bergantung pada symbionts dan tidak boleh hidup tanpa mereka. Bolehkah bakteria dilakukan tanpa cacing? Berdasarkan struktur genom mereka, kemungkinan besar. Genom bakteria yang benar-benar beralih kepada gaya hidup parasit atau simbiotik biasanya dipermudahkan. Khususnya, gen yang diperlukan untuk sintesis bahan-bahan tertentu (contohnya, asid amino) yang boleh dipinjam dari tuan rumah hilang atau merosakkannya. Tidak seperti ini diperhatikan dalam symbionts cacing. Olavius ​​algarvensis.

Mungkin manfaat utama yang diperoleh oleh bakteria daripada hidup dengan cacing ialah mudah alih dan dapat merayap, bila diperlukan, di mana keadaan persekitarannya paling menguntungkan bagi seluruh syarikat yang jujur.Di lapisan atas sedimen, di mana terdapat sedikit oksigen, tetapi tidak ada sulfida, proteobakteria gamma dapat menerima sulpid yang mereka perlukan dari cohabitants, proteobakteri delta. Dalam kes ini, sulfida akan dioksidakan oleh oksigen – ejen pengoksida yang paling energik dan menguntungkan. Walau bagaimanapun, dalam kuantiti yang banyak, oksigen berbahaya kepada reducer sulfat – proteobakteria delta.

Jika cacing digali lebih mendalam, ia akan jatuh ke dalam lapisan di mana tidak ada oksigen sama sekali. Di sini, gamma-proteobacteria akan menggunakan nitrat sebagai agen pengoksida, yang agak kurang bermanfaat, tetapi mereka akan mempunyai banyak sulfida, kerana oksigen tidak akan lagi menghalang aktiviti delta-proteobakteria.

Akhirnya, di dalam lapisan sedimen yang lebih dalam, di mana tidak hanya oksigen, tetapi juga nitrat, proteobacteria gamma dapat menggunakan bahan organik sebagai agen pengoksidasi, termasuk trimethylamine-N-oksida (dirembes oleh tuan rumah cacing) dan fumarate (dihasilkan oleh -proteobakteria). Pada masa yang sama, sulfur (sebagai hasil pengoksidaan sulfida tidak lengkap) disimpan di dalam sel-sel dari salah satu daripada dua jenis proteobacteria gamma, yang boleh dioksidasi kemudian, apabila cacing merangkak keluar agen pengoksidaan yang lebih tinggi dan lebih kuat.Succinate yang disembuhkan oleh gamma-proteobacteria semasa pernafasan fumarate mudah dimanfaatkan oleh delta-proteobacteria, dan sebagainya: penyelidik telah mengenal pasti beberapa kemungkinan mekanisme kerjasama biokimia dalam kompleks simbiotik yang menakjubkan ini.

Oleh itu, lima jenis makhluk hidup, bersatu, berubah menjadi "superorganisme" sejagat yang mampu hidup dalam pelbagai keadaan – termasuk di mana tidak ada "komponen" nya akan bertahan sendiri.

Sumber: Woyke et al. Wawasan symbiosis melalui konsortium mikroba // Alam. 17 September 2006. Penerbitan dalam talian lanjutan (doi: 10.1038 / nature05192).

Lihat juga:
Symbiosis dan proses kerjasama dalam evolusi.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: