Nauka
Ślimaki morskie są zasilane energią słoneczną przez rabowanie chloroplastów
Fotosynteza jest najbardziej roślinną rzeczą na Ziemi. Małym zielonym złodziejom i tak udaje się go wydostać.
Studiowanie ślimaków morskich w grupie Sacoglossa może oznaczać otrzymywanie bardzo kreatywnych e-maili. Sidney K. Pierce z University of South Florida przeszedł na emeryturę kilka lat temu. „Ale do dziś”, powiedział mi, „otrzymuję pytania od małych dzieci na lekcjach nauk ścisłych”, które uważają małże za cudowne – i chcą wiedzieć, czy mogą pomóc „zakończyć głód na świecie”.
Odpowiedź, zapewnił mnie Pierce, brzmi: nie. Ale propozycja nie jest do końca dziwna. Kilka ślimaków morskich sacglossa może pobierać energię z promieni słonecznych i, wykorzystując tylko zawartość swoich komórek, przekształcać ją w chemiczne opakowania pożywienia. Innymi słowy, fotosyntetyzują – prawdopodobnie najbardziej roślinna rzecz, jaką robią rośliny lądowe i glony.
Tyle że ślimaki morskie nie są oczywiście roślinami ani algami. To standardowe zwierzęta, które dzięki spektakularnemu aktowi kradzieży zatarły granice między sferami biologicznymi: skraść maszyneria fotosyntezy – struktury komórkowe zwane chloroplastami – z alg, które jedzą i przechowują bąbelki konwersji zielonego światła w Twoim ciele dla długie okresy. Niektóre gatunki mogą Łyżka ten Korzyści odżywcze tych samoodnawialnych paczek przekąsek na miesiące, może dłużej niż rok. Ślimak morski, który Pierce intensywnie badał, Elysia chlorotica, może spędzić resztę swojego życia bez jedzenia – wędrując, kojarząc się, wibrując – po jednym bogatym w wodorosty objadaniu się w młodości. „Zbieramy je na polu”, powiedział mi, „i nigdy więcej ich nie karmimy”.
Ludzie tego nie robią; O ile nam wiadomo, nasze ciała nie są przygotowane do przeprowadzenia tych wielkich ataków. Ale och, że mogliśmy. „Jak by to było, gdybyśmy po prostu jedli sałatkę przez tydzień, a potem nie musiałabyś się martwić o to, skąd kiedykolwiek dostaniesz swoje składniki odżywcze?” Powiedziała mi Karen Pelletreau z University of Maine. Kryminalny wyczyn ślimaków, znany jako kleptoplastyka, jest tak niezwykły, że został przedstawiony przez kreacjonistów jako dowód inteligentnego projektu. (Jest to, żeby było jasne, ewolucja.) A naukowcy wciąż nie są pewni, w jaki sposób zwierzęta pantomimy roślinne osiągają to wszystko.
/media/img/posts/2021/09/foto_timida_2/original.png)
Niektóre istotne szczegóły różnią się nieco między gatunkami, ale ogólnie ślimaki, które osiągają kilka centymetrów długości, przyczepiają się do glonów w kształcie słomy, przebijają ją zębem i sączą jej zawartość jak strzelający student piwo. Powstałe błoto zalewa następnie rozgałęzione jelito ślimaka, gdzie jest wychwytywane przez komórki przechowujące chloroplasty w stanie nienaruszonym, jednocześnie rozkładając lub odrzucając wszystko inne, co jest glonami. Zasilane energią słoneczną ślimaki morskie mają tendencję do wykluwania się półprzezroczystych lub białawych. Ale chloroplasty otaczają duże fragmenty swoich płaskich, falistych ciał zaskakującą patyną. W latach 70. pionier biolog, który widział: E. chloroticaodcienie szmaragdu nazwane je ”niech to się czołga. ”
Większość ślimaków morskich Sacoglossa nie jest zasilanych energią słoneczną; trawią chloroplasty wraz ze wszystkim innym. To, że niektóre gatunki spośród nich potrafią utrzymać małe struktury w działaniu przez dni, tygodnie lub miesiące, jest szczerze mówiąc, zwariowany –i na pierwszy rzut oka wydaje się to niemożliwe, ponieważ chloroplasty są zależne od ich macierzystych komórek gospodarza. Chloroplasty były miliony lat temu wolno żyjącymi bakteriami, które zostały pochłonięte przez większe komórki; w zamian za pokój i wyżywienie mikroby pompowały energię swoim gospodarzom, tworząc coś, co stało się trwałą współzależnością. Obecnie chloroplasty roślin i alg nie mogą przetrwać bez ładunku białka wytwarzanego wyłącznie z genów w jądrze, które nie przetrwało rozsądnego trawienia przez ślimaka morskiego. Umieszczenie chloroplastu w komorze ślimaka morskiego i oczekiwanie, że zadziała, jest jak proszenie samochodu o sprint po autostradzie bez stacji benzynowych i wymiany oleju. (Dlatego też my, ludzie, nie możemy po prostu umieścić chloroplastów w probówkach i zarobić.) A jednak, nawet bez środowiska jądrowego, chloroplasty utrzymują się – i Praca. „Wygląda jak cud biotechnologii”, powiedział mi Debashish Bhattacharya z Rutgers University. — Jak, u diabła, utrzymują przy życiu chloroplasty?
Leia: Wstrętny owad poszedł na skróty ewolucyjne.
Na przestrzeni lat pojawiło się kilka potencjalnych wyjaśnień. W jednym ślimaki morskie używają własnego wewnętrznego sprzętu do jerry rig chloroplastów, dzięki czemu są trwalsze. W innym zwierzęta są w stanie plądrować jądra glonów poprzez kooptację genów wzmacniających chloroplast, chociaż większość badaczy, z którymi rozmawiałem, scharakteryzowała dowód za ten pomysł jak deficytowy lub mieszany. Kilka lat temu grupa naukowców zaproponowała inne alternatywne rozwiązanie: być może sekwestrowane chloroplasty są ważne dla ślimaka mniej jak fabryki fotosyntezy, a bardziej jak niezależne sklepy spożywcze–mini-komórkowe pamięci podręczne zawierające kalorie które mogą być trawione przez zwierzę w czasach potrzeby żywieniowej, jak wysokotłuszczowy garb wielbłąda. W tym scenariuszu można zapomnieć o konserwacji chloroplastów.
Pierce powiedział mi, że ten pomysł nie ma dużego poparcia. (Nie zaprzecza również, że ślimaki morskie są zasilane energią słoneczną: na przykład niektóre gatunki mogą być korzystając z tych rezerw po doi fotosyntetyczne kotlety chloroplastowe przez wiele tygodni.) I wielu ekspertów jest w pełni przekonanych, że dzięki Elysia chlorotica i kilku ich najbliższych krewnych, największą korzyścią z posiadania ośrodków przemytu glonów w całości na fotosyntezie, nie tylko dlatego, że „kradzież chloroplastu jest niebezpieczna”, powiedział mi Paulo Cartaxana, który bada ślimaki na Uniwersytecie Aveiro w Portugalii. Chloroplasty są kruche i wzburzone; podczas pracy wydzielają toksyczne związki. Struktury muszą oferować ogromne korzyści, w przeciwnym razie zostałyby uruchomione dawno temu. A dowody na to naprawdę się nagromadziły.
Różne gatunki chloroplastów zbierających ślimaki morskie wybrać się żyj dłużej i rozwijaj się kiedy dozwolone dla chłonąć światło słoneczne. Pelletreau z University of Maine współpracował przy poprzednich pracach pokazujących, że E. chlorotica w szczególności ślimaki wydają się być całkowicie zależne od chloroplastów; bez nich, niedoszłe rośliny po prostu zgiń w młodości. Niedawne badania sugerują, że energia energetyczna chloroplastów może być nawet wystarczająco silna, aby utrzymać niektóre gatunki ślimaków morskich po ich celowo odciąć głowę i rozpocząć ciężką pracę wypuszczania nowego ciała z odciętej głowy.
Dodatkowe dowody na to, że zwierzęta pakują znaczną siłę fotosyntezy, pochodzą z badań, w których śledzono paczki żywności chemicznej produkowanej z chloroplastów w skali atomowej, gdy migrują do zoo z tkanką ślimaka morskiego, gdzie prawdopodobnie mogą ułatwiać wszelkiego rodzaju lenistwo. Cartaxana Ostatnia praca prezentuje coś nowego: in Elysia chloroticabliski kuzyn nieśmiała elisia, to, co wychodzi z chloroplastów komórek jelitowych, może trafić do tkanek rozrodczych i zwiększyć liczbę jaj składanych przez nowych przodków ślimaków morskich. (i nieśmiały ślimaki, podczas gdy chciwi złodzieje przy stole są bardzo wzajemni kochankowie. Wszyscy są hermafrodytami i łączą się w pary, zderzając się twarzą w twarz i wzajemnie zapładniając się penisami, które rozwijają się pod ich prawym okiem.)
„Tło jest ogromną inwestycją reprodukcyjną”, Sónia Cruz, również z University of Aveiro, i inna autorka nowego i nieśmiały badania, powiedział mi. „Zabiera im to dużo energii”. Każdy ślimak musi wyprodukować setki jaj, z których każde zawiera wystarczającą ilość składników odżywczych, aby utrzymać potomstwo na wczesnym etapie rozwoju. Wydaje się, że chloroplasty oferują korzyści energetyczne, w niektórych przypadkach podwajając produkcję ślimaków.
Anna Karnkowska, biolog ewolucyjny z Uniwersytetu Warszawskiego w Polsce, powiedziała mi, że można wyciągnąć wnioski od innych członków klubu złodziei chloroplastów, z których większość to stworzenia jednokomórkowe, takie jak bruzdnice (choć przynajmniej para robaków morskich zdają się również na krótko przejąć kontrolę nad strukturami). Uważa się, że ci jednokomórkowi piraci mają szczególnie intensywny związek ze swoimi chloroplastami; dla nich kleptoplastyka może być etapem pośrednim do trwałego utrwalenia struktur w ich komórkach i uczynienia ich dziedzicznymi z pokolenia na pokolenie.
Ślimaki morskie, z ich wielokomórkową anatomią i złożonym stylem życia, miałyby znacznie trudniejsze przenoszenie skradzionych chloroplastów. O ile naukowcy mogą stwierdzić, to, co osiągają ślimaki, jest podobne do kradzieży organów z czarnego rynku, ale niewiele więcej: kiedy zwierzę umiera, jego ładunek chloroplastów umiera wraz z nim. Ale nawet jeśli lokalizacja chloroplastów jest ślepym zaułkiem, to fascynujący impuls do ponownego przemyślenia dziwnych i trudnych form kategorii, w których organizmy wchodzą w interakcje, powiedziała Karnkowska. Ślimaki zapewniają schronienie dla chloroplastów i przez pewien czas udają pseudorośliny; z kolei chloroplasty stają się jedynymi ocalałymi z rzezi, utrzymując się tam, gdzie reszta ich towarzyszy z alg nie mogła.
„Piwny maniak. Odkrywca. Nieuleczalny rozwiązywacz problemów. Podróżujący ninja. Pionier zombie. Amatorski twórca. Oddany orędownik mediów społecznościowych.”
