Морские слизни генетически способны к фотосинтезу
7370
Добавить в закладки
Морской слизень Elysia chlorotica «одалживает» гены у водоросли, которой он питается, чтобы заняться фотосинтезом и вырабатывать таким образом питательные вещества самостоятельно. Такое открытие сделали учёные из Морской биологической лаборатории и университетов Южной Флориды и Мэриленда (США), совместная статья которых по этому вопросу опубликована в журнале The Biological Bulletin. Краткий пересказ статьи сделал сайт (e) Science News.
Уже давно было известно, что, когда морские слизни этого вида
поедают водоросли V. Litorea, организм этих моллюсков не
переваривает их хлоропласты, — органеллы, отвечающие в клетках
растений за фотосинтез, — а добавляет их в своих собственные
клетки. Такие «ворованные» хлоропласты биологи называют
«клептопластами» (по аналогии с «клептоманами»).
Однако до сих было непонятно, как слизень потом заставляет хлоропласты работать в своих клетках, вырабатывая на свету питательные вещества — углеводы. Причём каждый хлоропласт работает в клетках животного целых 9 месяцев — гораздо дольше, чем в клетках самой водоросли.
Чтобы разобраться в этом вопросе, американские учёные применили самые современные методы анализа ДНК. В результате выяснилось, что моллюск «ворует» у водоросли не только хлоропласты, но и некоторые гены, необходимые для их работы. «Наше исследование подтверждает, что один из генов, необходимых для ремонта повреждений в хлоропластах и поддержания их в рабочем состоянии, присутствует в хромосоме слизня», — говорит профессор Сидней К. Пирс (Sidney K. Pierce), один из соавторов статьи.
Но это ещё не всё: оказалось, что слизни могут передавать эти
«ворованые» гены по наследству, чтобы их потомки тоже могли
наслаждаться преимуществами фотосинтеза. Так что, когда новое
поколение моллюсков, поедая водоросли, тоже добавит в свои клетки
хлоропласты, у них уже будут гены, которые обеспечат
бесперебойную работу этих органелл.
Для слизней это очень полезно в качестве резервного источника
питания, подчёркивает д-р Пирс: «Если слизням будет не хватать
еды, они не умрут с голоду, а смогут продержаться (на
выработанных с помощью фотосинтеза питательных веществах —
Это удивительное открытие не только демонстрирует уникальный случай переноса генов от растения к животному, но и открывает новые перспективы в генной терапии — методе лечения тяжёлых болезней с помощью добавления в ДНК человека новых генов, или исправления уже существующих.
В частности, с помощью генной терапии учёные рассчитывают победить СПИД и, может быть, даже существенно продлить человеческую жизнь.
elysia chlorotica клептопласты морской слизень фотосинтез хлоропласты
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
Цианобактерии умеют «закорачивать» процесс фотосинтеза
Сине-зеленые водоросли оказались способны «закоротить» цикл фотосинтеза, практически не поглощая из внешней среды углекислый газ. Как выяснили ученые, это происходит в водах, бедных ионами железа. Таких вод в Мировом океане половина, а значит, вклад цианобактерий в связывание парникового CO
Фотосинтез лежит в основе всей жизни на нашей планете. Этот процесс, идущий в наземных растениях, водорослях и многих видах бактерий определяет существование практически всех форм жизни на Земле, преобразуя потоки солнечного света в энергию химических связей, которая затем уже шаг за шагом передается к вершинам многочисленных пищевых цепочек.
Скорее всего, этот же процесс в свое время положил начало резкому увеличению парциального давления кислорода в атмосфере Земли и снижению доли углекислого газа, что в конечном итоге привело к расцвету многочисленных сложно организованных организмов.
Новое открытие американских ученых заставляет по-новому взглянуть на фотосинтетический процесс
Работы, опубликованные Артуром Гроссманом из Института имени Карнеги и его коллегами в журналах Biochimica et Biophysica Acta и Limnology and Oceanography, показывают, что некоторые виды морских микроорганизмов научились использовать солнечный свет напрямую, без поглощения СО2 и выделения взамен О2
Команда исследователей под руководством Гроссмана изучала фотосинтез цианобактерий (сине-зеленых водорослей) Synechococcus. Эти одноклеточные организмы доминируют во всех популяциях фитопланктона мировых вод и вносят значительный вклад в первичное производство питательных веществ.
Цианобактерии,
или синезелные водоросли — значительная группа крупных грамотрицательных эубактерий, способных к фотосинтезу, сопровождающемуся выделением кислорода.
Задачей ученых являлось исследование способности рода Synechococcus к выживанию и размножению в водах, обедненных ионами железа. Известно, что на одной из стадий фотосинтеза без этих ионов невозможно обойтись, однако во многих океанических районах их концентрация сильно понижена.
Как отмечает Гроссман, его исследование заставляет предположить, что в таких водах Synechococcus способны «закоротить» фотосинтетический процесс.
По его мнению, таким образом цианобактерии решают проблему нехватки ингредиентов для функционирования комплексного механизма преобразования энергии, исключая из фотосинтеза стадии, требующие участия большого числа ионов железа. Именно эти этапы подразумевают поглощения организмами СО
Понимание того, что в случае Synechococcus процесс фотосинтеза идет как-то не так, пришло к ученым довольно быстро: соотношение показателей фотосинтетической активности и поглощения СО2 во многих измерениях расходилось с моделями.
Ученые выяснили, что иногда место углекислого газа в цепочке химических превращений может занимать кислород.
Фотосинтез
образование высшими растениями, водорослями, фотосинтезирующими бактериями сложных органических веществ, необходимых для жизнедеятельности как самих растений, так и всех других организмов, из простых соединений (например, углекислого газа и…
В ходе «нормального» фотосинтеза этот жизненно важный газ получается в качестве «побочного продукта». В нормальном режиме фотосинтетические «фабрики» нужны для связывания СО2 и производства углеводов, выступающих впоследствии в качестве источника энергии во многих внутриклеточных процессах. Световая энергия в этих «фабриках» идет на разложение молекул воды, в ходе которого выделяются необходимые для фиксации углекислого газа и углеводов электроны. При этом разложении выделяется и кислород O2.
Во вновь открытом процессе для усваивания углекислого газа используется лишь малая часть выделяющихся при разложении воды электронов.
Со стороны может показаться, что подобная модификация фотосинтетического процесса является пустой тратой времени и энергии Солнца. Трудно поверить, что в живой природе, где за миллиарды лет эволюционных проб и ошибок каждая мелочь оказалась устроена предельно эффективно, может присутствовать процесс со столь низким КПД.
Тем не менее такой вариант позволяет защитить сложный и хрупкий аппарат фотосинтеза от чрезмерного облучения солнечным светом.
По словам авторов работы, такое переоблучение может нанести значительный вред организму в случае его неспособности функционировать обычным способом из-за недостатка ионов железа.
PTOX
По ряду косвенных признаков учные определили, что природным ферментом, позволяющии микроорганизмам закоротить реакцию фотосинтеза является пластохинол-терминальная оксидаза (Plastoquinol Terminal OXidase, PTOX). По словам Вольфа…
Дело в том, что фотосинтетический процесс в бактериях не может быть попросту остановлен в отсутствие необходимых ингредиентов в окружающей среде. До тех пор пока микроорганизмы подвержены воздействию солнечной радиации, они вынуждены преобразовывать энергию света в энергию химических связей. При отсутствии необходимых компонентов фотосинтез может привести к образованию свободных радикалов, губительных для всей клетки, а потому цианобактерии просто не могут обходиться без запасного варианта преобразования энергии фотонов из воды в воду.
Этот эффект пониженного уровня преобразования СО2 в углеводы и пониженного же высвобождения молекулярного кислорода уже наблюдался в серии недавних работ в природных условиях Атлантического и Тихого океанов.
Как оказалось, пониженного содержание питательных веществ и ионов железа наблюдаются почти в половине их акваторий. Следовательно,
примерно половина энергии солнечного света, приходящаяся на обитателей этих вод, преобразуется в обход привычного механизма поглощения двуокиси углерода и высвобождения кислорода.
А значит, вклад морских автотрофов в процесс поглощения СО2 был прежде существенно завышен.
Как полагает один из специалистов отдела всемирной экологии Института имени Карнеги Джо Бери, новое открытие существенно изменит наши представления о процессах переработки солнечной энергии в клетках морских микроорганизмов. По его словам, ученым еще предстоит раскрыть механизм нового процесса, но уже сейчас его существование заставит по-иному взглянуть на современные оценки масштабов фотосинтетического поглощения СО2 в мировых водах.
Биология 2e, Клетка, Фотосинтез, Обзор фотосинтеза
Фотосинтез протекает в две последовательные стадии: светозависимые реакции и светонезависимые реакции.
В светозависимых реакциях энергия солнечного света поглощается хлорофиллом, и эта энергия преобразуется в накопленную химическую энергию. В светонезависимых реакциях химическая энергия, собранная во время светозависимых реакций, приводит к сборке молекул сахара из углекислого газа. Следовательно, хотя светонезависимые реакции не используют свет в качестве реагента, для их функционирования требуются продукты светозависимых реакций. Однако, кроме того, светом активируются некоторые ферменты светонезависимых реакций. В светозависимых реакциях используются определенные молекулы для временного хранения энергии: они называются энергоносители . Энергоносители, которые перемещают энергию от светозависимых реакций к светонезависимым реакциям, можно считать «полноценными», поскольку они богаты энергией. После высвобождения энергии «пустые» энергоносители возвращаются в светозависимую реакцию, чтобы получить больше энергии. На рисунке показаны компоненты внутри хлоропласта, где происходят светозависимые и светонезависимые реакции.
Ссылка на обучение
Щелкните ссылку, чтобы узнать больше о фотосинтезе.
Everyday Connection
Фотосинтез в продуктовом магазине
Пища, которую потребляют люди, возникает в результате фотосинтеза. (кредит: Associação Brasileira de Supermercados)Крупные продуктовые магазины в Соединенных Штатах организованы в отделы, такие как молочные продукты, мясо, продукты, хлеб, крупы и так далее. Каждый отдел (рисунок) содержит сотни, если не тысячи различных продуктов, которые покупатели могут покупать и потреблять.
Несмотря на большое разнообразие, каждый элемент в конечном итоге может быть связан с фотосинтезом.
Мясное и молочное звено, потому что животных кормили растительной пищей. Хлеб, крупы и макаронные изделия производятся в основном из крахмалистых зерен, которые являются семенами растений, зависящих от фотосинтеза. А десерты и напитки? Все эти продукты содержат сахар — сахароза — это растительный продукт, дисахарид, молекула углевода, построенная непосредственно в результате фотосинтеза. Более того, многие предметы менее явно происходят из растений: например, бумажные товары, как правило, являются растительными продуктами, а многие пластмассы (в большом количестве в виде продуктов и упаковки) происходят из «водорослей» (одноклеточных растительноподобных организмов и цианобактерий). Практически каждая специя и ароматизатор в отделе специй была произведена растением в виде листа, корня, коры, цветка, плода или стебля. В конечном счете, фотосинтез связан с каждым приемом пищи и каждой пищей, которую потребляет человек.
Невероятные существа, использующие фотосинтез для получения энергии
Futurism
3.
10. 14 от Futurism
/FromQuarkstoQuasars
/ FromQuarkstoQuasars
1 tur011 tur01 9000 ism
Вы, наверное, слышали о тренде под названием бретарианство, «диета», утверждающая, что люди могут поддерживать себя без еды и воды, выживая только за счет света и воздуха. Это потенциально смертельная практика, и совершенно очевидно, что несколько практикующих умерли из-за этого. Животные и люди — гетеротрофные организмы, неспособные производить себе пищу, поэтому они зависят от органических источников для ее обеспечения.
Растения, с другой стороны, являются автотрофными организмами , способными производить пищу из неорганических веществ. С помощью фотосинтеза они превращают воду, минералы и солнечный свет в глюкозу и кислород. Растения используют глюкозу в качестве источника энергии, необходимой для роста и жизни. Их роль в жизненном цикле важна, поскольку они служат источником пищи и кислорода для других живых организмов.
Но природа не перестает нас удивлять, иногда «законы» можно нарушить.
Ученые нашли некоторых животных, которые, как и растения, могут выживать за счет фотосинтеза:
Морской слизень (Elysia chlorotica) — необычайно красивый слизень, обитающий в водах восточного побережья США и Канады. Его отличительная черта – листовидное тело зеленого цвета. Слизень питается водорослями (Vaucheria litorea) , но это не единственный источник энергии!
Большинство людей знакомы с фотосинтезом, процессом, который растения используют для получения энергии, но знаете ли вы, что некоторые животные тоже используют этот механизм? Это существо, морской слизень, является одним из них. (Изображение предоставлено: EOL через: WikimediaCommons) Кажется, этот слизень украл фотосинтетические органеллы (хлоропласты) и некоторые гены у водорослей, что позволяет им жить без еды! Они могут целыми днями лежать на солнце и, подобно растениям и зеленым водорослям, получать энергию за счет фотосинтеза. Симбиоз, который позволяет хлоропластам водорослей работать на слизней, называется клептопластикой.
Гороховая тля (Acyrthospihon pisum) – насекомое, обитающее во всем мире и питающееся растениями (бобовыми). Несмотря на то, что они могут выглядеть как любое другое насекомое, неприятные или даже ужасающие для некоторых, они действительно удивительны.
Гороховая тля (Источник: Шифер Ву, Национальный университет Тайваня через: WikimediaCommons) Гороховая тля способна производить каротиноиды, пигменты, содержащиеся в хлоропластах (фотосинтетических органеллах) и хромопластах, придающие им оранжево-красный цвет и помогающие хлорофиллу в фотосинтезе. У тлей за цвет отвечают каротиноиды, некоторые из них его не имеют и имеют белый цвет. Также кажется, что каротиноиды служат не только косметическим средством, но и могут использоваться для преобразования солнечного света в энергию. Однако эти корреляции еще недостаточно ясны и хорошо изучены.
Пятнистая саламандра (Ambystoma maculatum) Как и морской слизень, он живет в симбиотических отношениях с водорослями.
Leave A Comment