Морські слимаки крадуть хлоропласти водоростей для фотосинтезу

Дослідники з Гарвардського університету виявили унікальний механізм виживання у морських слимаків, які здатні красти та зберігати фотосинтетичне обладнання водоростей у спеціальних клітинних сховищах. Ці депо забезпечують ідеальне хімічне середовище для підтримання життєдіяльності вкрадених хлоропластів, дозволяючи слимакам перетворювати сонячне світло на поживні речовини.

Ніколас Беллоно, біолог з Гарвардського університету в Кембриджі, штат Массачусетс, та співавтор дослідження, зазначив: «Це була найдивніша річ, яку ми коли-небудь бачили». Автори також встановили, що у важкі часи слимаки можуть використовувати ці відділення для споживання хлоропластів.

За словами Беллоно, це відділення «по суті схоже на рухомий холодильник хлоропластів, де після періоду голодування слимаки можуть переключитися зі зберігання на споживання для виживання». Результати дослідження були опубліковані у журналі Cell.

Вчені виявили десятиліття тому, що певні види морських слимаків зберігають хлоропласти з водоростей, які вони споживають. Така дієта може надавати слимакам яскраво-зеленого кольору. Однак ніхто не розумів, як слимаки підтримують життєдіяльність цих чужорідних органел без підтримки решти клітини водорості.

Беллоно та його команда додали хімічні мітки до білків, щойно виготовлених власними клітинами слимаків. Вони виявили, що більшість білків у хлоропластах слимака виробляв сам слимак, а не оригінальні водорості. Це означало, що слимак допомагав підтримувати хлоропласти.

Коли вчені розглянули хлоропласти під мікроскопом, вони виявили, що органели розміщувалися у спеціальних відділеннях в кишечнику слимаків. Кожне відділення було оточене мембраною, яка дала позитивний результат на маркери, зазвичай знайдені у клітинних структурах, які називаються фагосомами. Фагосоми зливаються з іншими структурами, які називаються лізосомами, для перетравлення непотрібних органел. Дослідники назвали цю структуру клептосомою, від грецького слова, що означає красти.

Команда також виявила, що ці органели містили іонні канали — рецептори, які перетворюють хімічні повідомлення на електричні сигнали. Серед них є один під назвою P2×4, який відкривається у відповідь на присутність АТФ — молекули, що переносить енергію, яка виробляється під час фотосинтезу.

Коли Беллоно та його команда заблокували цей канал у клептосомах слимаків, виробництво кисню від фотосинтезу впало, що показало, що клептосома активно бере участь у підтриманні функціонування хлоропластів.

Відкривши існування клептосоми, дослідники задалися питанням, чи допомагає вона слимакам протистояти голодуванню. Вони порівняли слимака Elysia crispata, який живиться сонячною енергією, з Aplysia californica — нефотосинтетичним слимаком, який не має клептосом. Aplysia померла через три-чотири тижні без їжі, тоді як Elysia могла виживати до чотирьох місяців. Однак через чотири тижні слимаки Elysia втратили свій зелений колір, стали помаранчевими — так само, як листя восени — і припинили фотосинтез.

Мікроскопія показала, що клептосоми Elysia почали зливатися з лізосомами, і зміна кольору була спричинена деградацією хлоропласта.

Елена Оанча, клітинний біолог з Університету Брауна в Провіденсі, штат Род-Айленд, назвала дослідження «видатним». Вивчення молекулярних та клітинних процесів таких маленьких створінь, як морські слимаки, є надзвичайно складним завданням, каже вона. «Потрібно багато мужності, щоб це робити».

За словами Оанчі, відкриття клептосоми може допомогти відповісти на ширші питання про еволюцію органел та інші клітинні процеси, які ми ще не розуміємо. Усе життя побудоване на клітинах, додає вона: «Це основний принцип природи».

Це дослідження розширює наше розуміння того, як організми можуть адаптуватися та використовувати ресурси інших живих істот для власного виживання. Морські слимаки демонструють унікальну стратегію, яка дозволяє їм не лише зберігати вкрадені фотосинтетичні органели, але й активно підтримувати їх функціонування протягом тривалого періоду.

Механізм роботи клептосом також показує складність клітинних процесів та їх здатність до адаптації. Виявлення іонних каналів, зокрема P2×4, у цих структурах вказує на активну регуляцію фотосинтетичних процесів з боку слимака-господаря.

Дослідження також підкреслює важливість міжвидових взаємодій у природі та те, як організми можуть розвивати надзвичайно спеціалізовані механізми для використання ресурсів інших видів. Здатність морських слимаків переключатися між зберіганням та споживанням хлоропластів залежно від доступності їжі демонструє гнучкість їх метаболічних стратегій.