Viața a evoluat pe Pământ acum 3,5 miliarde de ani. Până acum, s-a crezut că în doar trei cazuri bacteriile care trăiau cândva liber s-au fuzionat cu celulele altor organisme. Acestea sunt mitocondrii producătoare de energie și două tipuri de organite care permit fotosinteza. Mitocondriile au permis dezvoltarea plantelor, animalelor și ciupercilor. Apariția plantelor a fost posibilă datorită combinației de celule complexe cu cianobacteriile – în care s-au format cloroplaste care realizează fotosinteza.

Cu aproximativ 60 de milioane de ani în urmă, o altă cianobacterie s-a fuzionat cu ameba pentru a forma un organel fotosintetic diferit, numit cromatofor, care se găsește doar la câteva specii de Paulinella.

Se întâmplă adesea în natură ca o specie să trăiască în celulele altei specii într-o relație reciproc avantajoasă (endosimbioză). Acesta este cazul, de exemplu, cu celulele rădăcinilor leguminoase, unde trăiesc bacteriile fixatoare de azot. Gândacii au, de asemenea, propria lor endosimbioză, care le oferă niște nutrienți. Se întâmplă chiar ca mai mulți endosimbioți să fie prezenți în celule în același timp. Cu toate acestea, ele sunt încă organisme separate. Leguminoasele primesc bacteriile de care au nevoie din sol și sunt transmise gândacilor în ouă, dar trăiesc doar în celule specializate, nu în fiecare celulă din organism.

Acum, Tyler Cole și colegii de la Universitatea din California, Santa Cruz (https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk1075) au arătat că bacteriile din celulele algelor unicelulare sunt capabile să fixeze azotul atmosferic și să producă amoniac, Braarudosphaera bigelowii a dezvoltat o nouă structură celulară, nitroplastul. Este primul organel care fixează azot cunoscut de știință. Se pare că datorită nitroblastelor algele au obținut succes evolutiv și sunt prezente în oceanele lumii.

Timp de mai bine de un deceniu, cianobacteria UCYN-A care trăiește în algele unicelulare Braarudosphaera bigelowii a fost suspectată că a devenit un organel. Cu toate acestea, un studiu cuprinzător al acestui fenomen a fost posibil numai datorită lui Kyoko Hagino de la Universitatea Kochi din Japonia, care a găsit o modalitate de a crește B. bigelowii în condiții de laborator. Datorită culturii de alge de care dispunem, a fost posibil să monitorizăm îndeaproape diviziunea.

Acest lucru a permis echipei să folosească o tehnică numită tomografie cu raze X moale pentru a observa ce se întâmplă atunci când celulele de alge se divid. După cum s-a dovedit, cianobacteriile UCYN-A se împart cu celula de alge, iar fiecare celulă fiică moștenește câte un UCYN-A.

O dovadă suplimentară a complementarității algelor și cianobacteriilor este că aproximativ jumătate din cele 2.000 de proteine ​​diferite necesare pentru UCYN-A sunt produse de alge. Unele dintre aceste proteine ​​sunt importante pentru producerea de azot. Se pare că există un sistem specializat de livrare a proteinelor pentru UCYN-A, similar cu alte organite. Proteinele „importate” conțin un fragment suplimentar care poate conține „antetul” UCYN-A.

Rezultatele cercetării pot fi de mare importanță practică. Producția și utilizarea îngrășămintelor cu azot reprezintă o sursă majoră de emisii de gaze cu efect de seră, iar achiziția acestora reprezintă o povară financiară semnificativă pentru fermieri. Modificarea plantelor de cultură astfel încât să poată fixa azotul din aer (cum fac leguminoasele) ar reduce costurile economice și de mediu. O modalitate de a atinge acest obiectiv este furnizarea celulelor plantelor cu nitroplaste. Cu toate acestea, oamenii de știință nu se așteaptă să folosească UCYN-A deoarece cianobacteriile au devenit prea dependente de alge și nu va fi posibilă integrarea lor cu alte plante. Alte cianobacterii pot fi candidate mai bune (PAP).

Paul Wernicke

BMW/AGT/