Naturalne jak… GMO

„Ślimaki nie tylko »kradną« chloroplasty, ale także geny roślinne niezbędne do ich funkcjonowania, które wbudowują we własne DNA.”

 

Elysia chlorotica

Badacze z Uniwersytetu Maine rozwikłali zagadkę ślimaka zdolnego do... przeprowadzania fotosyntezy. Okazuje się, że jego niezwykłe umiejętności są możliwe dzięki wyrafinowanej kradzieży.

Niezwykły mięczak, o krzykliwym zielonym kolorze i oryginalnym kształcie przypominającym liść5cf89529e9ff989107593283b8929dcd.jpg żyjący u wschodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych, należy do gatunku Elysia chlorotica. Czy to zwierzę, czy roślina? Odpowiedź brzmi — i jedno, i drugie. Ślimak nagoskrzelny należy do dwóch kompletnie różnych od siebie światów, bo jest jednocześnie zwierzęciem i rośliną. Za całe pożywienie wystarczy mu zaledwie woda, dwutlenek węgla i nieco światła. Jak to robi? Kradnie glonom geny i chloroplasty. Już kilka lat temu zaobserwowano w jego organizmie chloroplasty — elementy komórek roślinnych (organelle) odpowiedzialne za przechwytywanie energii słonecznej i wytwarzanie przy jej użyciu cukrów. Chloroplast, który jest odpowiedzialny za proces fotosyntezy zostaje składowany wzdłuż przewodu pokarmowego ślimaka, co jest zjawiskiem niebywałym i wciąż wymagającym kompleksowego, naukowego wyjaśnienia. Dotychczas jednak pełne zrozumienie tego niezwykłego zjawiska było dla badaczy nieuchwytne.

Autorką odkrycia jest Mary Rumpho8a45b9edd61b259c67f7162a66be6705.jpg, od lat badająca to niezwykłe zwierzę. Z przeprowadzonych przez nią eksperymentów wynika, że swoją zdolność do fotosyntezy E. chlorotica zawdzięcza kradzieży genów występujących normalnie u alg — głównego pokarmu ślimaka. Ślimak żeruje na algach przez zaledwie 2 miesiące, ale dzięki temu jest w stanie przetrwać do końca swego krótkiego życia (żyje 1 rok) nie jedząc już nic więcej.

Choć obecność chloroplastów w ciele mięczaka była bezsprzeczna, badacze nie mieli pojęcia, dlaczego jest on w stanie utrzymać je w swoim ciele przez niemal całe życie. Do przeprowadzenie fotosyntezy potrzeba białek produkowanych przez około 2000 do 3000 genów. Większość z nich komórki zwierzęce nie posiadają. Inaczej jest u Elysia. Mary Rumpho-Kennedy przeprowadziła eksperyment, w którym wyodrębniła sekwencje genów ulubionej algi ślimaka — Vaucheria litorea. Teoretycznie rzecz biorąc, elysia żerując wyłącznie na tej roślinie nie jest w stanie uruchomić procesu fotosyntezy. Mimo to ślimak we własnym organizmie tworzył sekwencję genów identyczną do tej, jaką posiadały algi. Nie od dziś wiadomo bowiem, że własny materiał genetyczny chloroplastów koduje zaledwie około 10% białek potrzebnych do ich funkcjonowania. Pozostałe geny są ukryte w DNA jądra komórkowego alg. Od początku zadawaliśmy więc pytanie, w jaki sposób są one w stanie utrzymać się przy życiu w komórce zwierzęcej nieposiadającej tych białek, tłumaczy badaczka.

Eksperymenty przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Maine potwierdziły, że materiał genetyczny chloroplastów wyizolowanych z komórek E. chlorotica nie zawiera genów umożliwiających im długotrwałe przeżycie poza macierzystym organizmem. Oczywistym (choć jednocześnie niezwykle zaskakującym) było więc, że brakujące geny muszą pochodzić z genomu samego ślimaka. Rzeczywiście, badanie sekwencji DNA mięczaka potwierdziło to przypuszczenie.

Ślimaki nie tylko kradną chloroplasty, ale także geny roślinne niezbędne do ich funkcjonowania, które wbudowują we własne DNA, dostarczając chloroplastom potrzebne aminokwasy.

Nie wiemy, jak to możliwe, i możemy jedynie snuć przypuszczenia, tłumaczy Rumpho. 

Badacze zaproponowali hipotezy mogące wyjaśniać tę zagadkę:

  • Kompleks białkowy jest bardzo stabilny
  • Przechwytywanie genów alg razem z pochłanianymi komórkami. Zgodnie z nią, z niewiadomych przyczyn pokaźne fragmenty materiału genetycznego mogły zostać wbudowane do genomu E. chlorotica. Podczas procesu trawienia algi, pobierane są także jej geny, które stają się częścią DNA ślimaka, pozwalając mu produkować proteiny konieczne do podtrzymania procesu fotosyntezy w chloroplaście pobieranym z alg
  • Konkurencyjna teoria mówi o niezidentyfikowanym wirusie, który mógł przenieść sekwencje DNA z komórek jednego gatunku do drugiego
  • Całe zjawisko próbuje się wyjaśnić także teorią skaczących genów, gdyż w taki sposób możliwe jest pokonanie bariery gatunkowej. Nikt jednak nie jest w stanie pokazać podobnego procesu w przyrodzie, który zachodziłby na taką skalę jak w przypadku ślimaka elysia. Przeniesiono co prawda cały genom bakterii do DNA muszki owocówki, ale naukowcy nie są pewni czy to w ogóle działa.

Co ciekawe, geny alg znaleziono także w komórkach rozrodczych ślimaka. Oznacza to, że DNA kodujące egzotyczne dla niego białka jest przekazywane kolejnym pokoleniom.

Na blogu Carla Zimmera wspomina o tym, że układ pokarmowy ślimaka odgałęzia się w stronę jego układu rozrodczego, co ułatwiałoby przejście trawionego DNA do komórek płciowych. Ponadto u wszystkich ślimaków regularnie znajdowane są wirusy — być może są to retrowirusy, które czasem przenoszą kawałki genów. Może to one umożliwiły ślimakom fotosyntezę?

E. chlorotica nie jest pierwszym odkrytym zwierzęciem wykorzystującym zdolność innych organizmów do fotosyntezy na swoją korzyść (porosty, polipy koralowe, przydacznia olbrzymia (Tridacna gigas)). Wyjątkowość odkrycia polega jednak na tym, że w przypadku tego organizmu dochodzi do wbudowania chloroplastów do własnych komórek i utrzymania ich w tym miejscu przez niemal cały czas trwania jego życia. Jest to pierwszy odkryty przypadek przenoszenia genów pomiędzy gatunkami w taki sposób, że są one w stanie działać. Wszelkie inne zwierzęta osiągały ten sam efekt wyłącznie dzięki pochłanianiu na krótki czas całych komórek roślinnych. Z tego, co wiadomo, porost jest trwałym symbiontem grzyba i glonu.

O swoim odkryciu badacze z Uniwersytetu Maine informują na łamach czasopisma Proceedings of the National Academy of Sciences.

 

Opracowanie Grzegorz Rossa na podstawie:

 

Zobacz też