ارتباط عجیب میان یک جلبک دریایی و بقای انسان ! - وبلاگ جزیره

به گزارش وبلاگ جزیره، نیتروژن یکی از عناصر بسیار مورد احتیاج در دنیاست که در بخش های مختلفی از زندگی بشر، از جمله کشاورزی نقش مشخص کننده ای دارد.

غزال زیاری- تا به امروز در کتاب های زیست شناسی به این نکته اشاره می شد که فقط باکتری ها این توانایی را دارند که نیتروژن را از جو گرفته و آن را برای زندگی قابل استفاده نمایند. بعضی گیاهان مانند حبوبات که قابلیت تثبیت نیتروژن را دارند، این کار را با نگهداری باکتری های همزیست در گره های ریشه هایشان انجام می دهند. اما کشف اخیر دانشمندان، از داستان دیگری حکایت دارد.

در دو مقاله اخیر منتشر شده، یک تیم بین المللی از دانشمندان، به توصیف اولین اندامک تثبیت نماینده نیتروژن شناخته شده در یک سلول یوکاریوتی پرداختند. اندامک در واقع چهارمین نمونه در تاریخ اندوسیمبیوز اولیه به شمار می رود (فرآیندی که طی آن یک سلول پروکاریوتی به وسیله یک سلول یوکاریوتی غرق شده و فراتر از همزیستی، به یک اندامک تبدیل می گردد.)

تایلر کول، محقق فوق دکترای دانشگاه کالیفرنیا و اولین نویسنده یکی از این دو مقاله در این باره گفته: ایجاد اندامک ها از چنین چیزهایی، بسیار نادر است. او در ادامه با اشاره به منشاء میتوکندری گفت: فکر می کنم اولین باری که این اتفاق رخ داد، زندگی پیچیده ای را به وجود آورد. هر چیزی که پیچیده تر از یک سلول باکتریایی است، وجودش را مدیون این اتفاق است. این رویداد حدود یک میلیارد سال پیش یا بیشتر دوباره برای کلروپلاست رخ داد و به ما گیاهان را داد.

سومین نمونه شناخته شده، شامل میکروبی شبیه به کلروپلاست است. نوترین کشف، اولین نمونه از اندامک تثبیت نماینده نیتروژن است که محققان آن را نیتروپلاست می نامند.

یک راز چند دهه ای

کشف این اندامک، مستلزم کمی شانس و چندین دهه کار و کوشش بوده. در سال 1998، جاناتان زهر، استاد علوم دریایی دانشگاه کالیفرنیا، یک توالی DNA کوتاه را در آب دریای اقیانوس آرام پیدا کرد که به نظر می رسید که از یک سیانوباکتری ناشناخته تثبیت نماینده نیتروژن است. او و همکارانش سال ها این ارگانیسم مرموز که آن را UCYN-A نامیدند مورد مطالعه قرار دادند.

در همان زمان، کیوکو هاگینو، دیرینه شناس دانشگاه کوچی ژاپن به سختی می کوشید تا یک جلبک دریایی را پرورش دهد که بعدها مشخص شد که این جلبک دریایی ارگانیسم میزبان UCYN-A است. بیش از 300 نمونه برداری انجام شد و این مطالعه بیش از یک دهه طول کشید ولی هاگینو در نهایت پیروز شد تا این جلبک را پرورش داده و این امکان را برای دیگر محققان فراهم کرد تا مطالعات شان درباره UCYN-A و میزبان جلبک دریایی اش را همزمان در آزمایشگاه آغاز نمایند.

دانشمندان سال ها UCYN-A را یک همزیستی درونی می دانستند که ارتباط نزدیکی با جلبک دارد؛ اما دو مقاله نو حکایت از آن دارد که UCYN-A با همزیستی قبلی با میزبان خود تکامل پیدا نموده و حالا با معیارهای یک اندامک مطابقت دارد.

منشا اندامک ها

در ماه مارس سال 2024، مقاله ای در مجله Cell منتشر شد که طی آن، زهر و همکارانش از موسسه فناوری ماساچوست، موسسه علوم دریایی بارسلونا و دانشگاه رود آیلند نشان دادند که نسبت میزان بین UCYN-A و میزبان های جلبکی آنها در گونه های جلبک های دریایی هاپتوفیت Braaudosphaera bigelowii مختلف مشابه است.

محققان برای نشان دادن اینکه رشد سلول میزبان و UCYN-A به وسیله تبادل مواد مغذی کنترل می گردد، از یک مدل استفاده کردند. متابولیسم آنها به هم مرتبط بود و این هماهنگی در نرخ رشد، باعث شد که محققان UCYN-A را اندامک مانند بنامند.

طبق گفته زهر، این دقیقا همان چیزی است که درمورد اندامک ها هم اتفاق می افتد. اگر به میتوکندری ها و کلروپلاست ها نگاه کنید، دقیقا مشابه هستند: آنها مقیاس شان را با سلول مشخص می نمایند.

دانشمندان تا زمانی که سایر شواهد مورد تائید قرار نگرفته بود، نمی توانستند با اطمینان این UCYN-A را اندامک بنامند. در مقاله روی جلد مجله Science، زهر، و دیگر همکارانش از دانشگاه های مختلف، به این نکته اشاره می نمایند که UCYN-A پروتئین ها را از سلول های میزبان خود وارد می نماید.

زهر دراین رابطه گفت: این یکی از نشانه های حرکت چیزی از درون همزیستی به یک اندامک است. آنها آغاز به دور ریختن تکه های DNA می نمایند و ژنوم هایشان کوچک و کوچک تر شده و برای انتقال محصولات ژنی یا خود پروتئین، به سلول مادر وابسته خواهند بود.

کول برای انجام این مطالعه روی پروتئومیکس کار کرد. او به مقایسه پروتئین های یافت شده در UCYN-A ایزوله شده با پروتئین های یافت شده در کل سلول میزبان جلبک پرداخت و دریافت که سلول میزبان، پروتئین ها را می سازد و سپس آنها را با یک توالی اسید آمینه خالص برچسب گذاری می نماید که به سلول بگوید تا آنها را به نیتروپلاست بفرستد. در ادامه نیتروپلاست، پروتئین ها را دریافت نموده و از آنها استفاده می نماید. کول عملکرد بعضی از این پروتئین ها را شناسایی و مشخص کرد که آنها شکاف های مسیرهای خاصی در UCYN-A را پر می نمایند.

زهر دراین باره ادامه داد: این مثل یک جور پازل جادویی است که در واقع در آن قطعات با هم هماهنگ شده و با هم کار می نمایند. در همین مقاله محققان نشان دادند که UCYN-A همزمان با سلول جلبک تکثیر می شوند.

تغییر دیدگاه ها

این خطوط مستقل از شواهد، دیگر جایی برای تردید باقی نمی گذارند که UCYN-A از نقش یک همزیست عبور نموده است. در حالی که میتوکندری ها و کلروپلاست ها میلیاردها سال پیش تکامل یافته بودند، اما این طور به نظر می رسد که نیتروپلاست حدود 100 میلیون سال پیش تکامل یافته و این دیدگاه نوتری درباره اندام زایی برای دانشمندان ایجاد می نماید.

اندامک ها به علاوه بینش متفاوتی درباره زیست بوم های اقیانوسی در اختیار دانشمندان قرار می دهند. همه موجودات زنده به نیتروژن به صورت قابل استفاده بیولوژیکی نیازمندند و UCYN-A به علت توانایی اش در درست کردن نیتروژن از جو در سطح دنیای اهمیت بسیار بالایی دارد. محققان UCYN-A را در همه جای دنیا از منطقه ها استوایی تا اقیانوس منجمد شمالی یافته اند و همین میزان چشمگیری از نیتروژن درست می نماید.

این کشف به علاوه پتانسیل ایجاد تغییرات شگرفی در دنیای کشاورزی را داراست. توانایی سنتز کودهای آمونیاکی از نیتروژن اتمسفر باعث رشد چشمگیر کشاورزی و جمعیت دنیا در اوایل قرن بیستم شد. این فرآیند که تحت عنوان فرآیند هابر- بوش نامیده می گردد، امکان فراوری 50% از موادغذایی دنیا را فراهم کرد که در عین حال حجم زیادی دی اکسید کربن نیز ایجاد می نماید و حدود 1.4% از انتشار دنیای دی اکسید کربن به این فرآیند مربوط می گردد. در طول دهه ها، محققان کوشیده اند تا راهی برای ترکیب تثبیت نیتروژن طبیعی با کشاورزی پیدا نمایند.

کول در این باره گفت: این سیستم دیدگاه نوی درراستای تثبیت نیتروژن ایجاد نموده و می تواند سرنخ هایی در این رابطه که چگونه چنین اندامکی می تواند در گیاهان زراعی مهندسی گردد ارائه دهد.

البته هنوز سوالات زیادی درباره UCYN-A و میزبان جلبکی آن بی پاسخ مانده و دانشمندان درنظر دارند تا تحقیق های عمیق تری درباره چگونگی عملکرد UCYN-A و جلبک و آنالیز سویه های مختلف آن انجام دهند.

منبع: phys

227321