-ի կենսասինթեզ սպիտակուցներ և նուկլեինաթթու պահանջել բորակածին սակայն մթնոլորտային ազոտը հասանելի չէ էուկարիոտներ օրգանական սինթեզի համար. Միայն մի քանի պրոկարիոտներ (օրինակ ցիանոբակտերիա, կլոստրիդիա, արխեա և այլն) հնարավորություն ունեն ֆիքսելու մոլեկուլային ազոտը, որն առատորեն առկա է մթնոլորտ. Որոշ ազոտի ամրագրում մանրէներ ապրում են էուկարիոտիկ բջիջների ներսում սիմբիոտիկ հարաբերակցությամբ որպես էնդոսիմբիոններ: Օրինակ՝ ցիանոբակտերիաները Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) միաբջիջ միկրոջրիմուռների էնդոսիմբիոնտ է Braarudosphaera bigelowii ծովային համակարգերում։ Ենթադրվում է, որ նման բնական երևույթը վճռորոշ դեր է խաղացել էուկարիոտների էվոլյուցիայի մեջ բջիջ օրգանելներ միտոքոնդրիաներ և քլորոպլաստներ՝ էնդոսիմբիոտիկ բակտերիաների էուկարիոտիկ բջիջին ինտեգրվելու միջոցով: Վերջերս հրապարակված ուսումնասիրության մեջ հետազոտողները պարզել են, որ ցիանոբակտերիաները «UCYN-A», սերտորեն ինտեգրվել էր էուկարիոտիկ միկրոջրիմուռների հետ Braarudosphaera bigelowii և էվոլյուցիայից վերածվել էնդոսիմբիոնտից մինչև ազոտը ամրագրող էուկարիոտիկ բջիջների օրգանել՝ նիտրոպլաստ: Սա միկրոջրիմուռներ է ստեղծել Braarudosphaera bigelowii առաջին հայտնի ազոտը ամրագրող էուկարիոտը։ Այս հայտնագործությունն ընդլայնել է մթնոլորտային ազոտի ֆիքսման գործառույթը՝ պրոկարիոտներից մինչև էուկարիոտներ։
Սիմբիոզը, այսինքն՝ տարբեր տեսակների օրգանիզմները, որոնք կիսում են ապրելավայրը և միասին ապրելը, սովորական բնական երևույթ է: Սիմբիոտիկ հարաբերությունների զուգընկերները կարող են օգուտ քաղել միմյանցից (փոխադարձություն), կամ մեկը կարող է օգուտ քաղել, իսկ մյուսը մնա անազդեցություն (կոմենսալիզմ) կամ մեկը օգուտ է քաղում, իսկ մյուսը վնասվում է (մակաբույծություն): Սիմբիոտիկ հարաբերությունները կոչվում են էնդոսիմբիոզ, երբ մի օրգանիզմը ապրում է մյուսի ներսում, օրինակ՝ պրոկարիոտ բջիջ, որն ապրում է էուկարիոտ բջջի ներսում։ Նման իրավիճակում պրոկարիոտ բջիջը կոչվում է էնդոսիմբիոնտ։
Էնդոսիմբիոզը (այսինքն՝ պրոկարիոտների ներքինացումը նախնիների էուկարիոտ բջջի կողմից) վճռորոշ դեր է խաղացել միտոքոնդրիումների և քլորոպլաստների էվոլյուցիայում՝ ավելի բարդ էուկարիոտիկ բջիջներին բնորոշ բջիջ-օրգանելներ, որոնք նպաստել են էուկարիոտների կյանքի ձևերի բազմացմանը: Ենթադրվում է, որ աերոբ պրոտեոբակտերիումը մտել է նախնիների էուկարիոտ բջիջ՝ դառնալու էնդոսիմբիոնտ այն ժամանակ, երբ շրջակա միջավայրը գնալով հարուստ էր թթվածնով: Էնդոսիմբիոնտ պրոտեոբակտերիումի կարողությունը թթվածին օգտագործելու համար էներգիա ստեղծելու հնարավորություն է տվել հյուրընկալող էուկարիոտին զարգանալ նոր միջավայրում, մինչդեռ մյուս էուկարիոտները վերացել են թթվածնով հարուստ նոր միջավայրի կողմից պարտադրված բացասական սելեկցիոն ճնշման պատճառով: Ի վերջո, պրոտեոբակտերիումը ինտեգրվել է հյուրընկալող համակարգին՝ դառնալով միտոքոնդրիոն: Նմանապես, որոշ ֆոտոսինթեզող ցիանոբակտերիաներ մտան նախնիների էուկարիոտների մեջ՝ դառնալով էնդոսիմբիոնտ: Ժամանակի ընթացքում նրանք ձուլվեցին էուկարիոտային ընդունող համակարգին՝ դառնալով քլորոպլաստներ։ Քլորոպլաստներով էուկարիոտները ձեռք բերեցին մթնոլորտային ածխածինը ամրացնելու հատկություն և դարձան ավտոտրոֆներ։ Ածխածին ամրագրող էուկարիոտների էվոլյուցիան նախնիների էուկարիոտներից շրջադարձային կետ էր երկրի վրա կյանքի պատմության մեջ:
Ազոտն անհրաժեշտ է սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների օրգանական սինթեզի համար, սակայն մթնոլորտային ազոտը ֆիքսելու ունակությունը սահմանափակվում է միայն մի քանի պրոկարիոտներով (օրինակ՝ որոշ ցիանոբակտերիաներ, կլոստրիդիաներ, արխեաներ և այլն): Ոչ մի հայտնի էուկարիոտ չի կարող ինքնուրույն ամրացնել մթնոլորտային ազոտը: Բնության մեջ երևում են փոխադարձ էնդոսիմբիոտիկ փոխհարաբերություններ ազոտը ֆիքսող պրոկարիոտների և ածխածնի ամրագրող էուկարիոտների միջև, որոնց աճի համար անհրաժեշտ է ազոտ: Նման օրինակներից է Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) ցիանոբակտերիաների և ծովային համակարգերում միաբջիջ միկրոջրիմուռների համագործակցությունը:
Վերջերս կատարված ուսումնասիրության մեջ հետազոտվել է էնդոսիմբիոտիկ կապը Candidatus Atelocyanobacterium thalassa ցիանոբակտերիաների (UCYN-A) և Braarudosphaera bigelowii միաբջիջ միկրոջրիմուռների միջև՝ օգտագործելով փափուկ ռենտգենյան տոմոգրաֆիա: Բջջային մորֆոլոգիայի և ջրիմուռների բաժանման պատկերացումը բացահայտեց համակարգված բջջային ցիկլը, որտեղ էնդոսիմբիոնտ ցիանոբակտերիաները հավասարապես բաժանվում էին այնպես, ինչպես քլորոպլաստներն ու միտոքոնդրիումները էուկարիոտում բջջի բաժանման ժամանակ: Բջջային գործունեության մեջ ներգրավված սպիտակուցների ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ դրանց մի զգալի մասը կոդավորված է ջրիմուռների գենոմով: Սա ներառում էր կենսասինթեզի, բջիջների աճի և բաժանման համար անհրաժեշտ սպիտակուցներ: Այս բացահայտումները ցույց են տալիս, որ էնդոսիմբիոնտ ցիանոբակտերիաները սերտորեն ինտեգրվել են հյուրընկալող բջջային համակարգին և էնդոսիմբիոնտից անցել են հյուրընկալ բջջի լիարժեք օրգանելի: Արդյունքում, ընդունող ջրիմուռի բջիջը ձեռք է բերել մթնոլորտային ազոտը ֆիքսելու ունակություն՝ աճի համար անհրաժեշտ սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների սինթեզի համար: Նոր օրգանելն անվանվել է նիտրոպլաստ ազոտը ամրացնելու ունակության պատճառով:
Սա ստեղծում է միաբջիջ միկրոջրիմուռներ Braarudosphaera bigelowii առաջին ազոտը ֆիքսող էուկարիոտը: Այս զարգացումը կարող է հետևանքներ ունենալ գյուղատնտեսություն երկարաժամկետ հեռանկարում և քիմիական պարարտանյութերի արդյունաբերությունը:
***
Հիշատակում:
- Քոուլ, Թ.Հ et al. 2024. Ազոտ ամրագրող օրգանել ծովային ջրիմուռում: Գիտություն. 11 Apr 2024. Vol 384, Issue 6692 էջ 217-222: DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk1075
- Massana R., 2024. The nitroplast: A azot-fixing organelle. ԳԻՏՈՒԹՅՈՒՆ. 11 April 2024. Vol 384, Issue 6692. էջ 160-161: DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado8571
***
 have the ability to fix the molecular nitrogen abundantly available in the atmosphere. Some nitrogen-fixing bacteria live inside eukaryotic cells in symbiotic relation as endosymbionts. For example, the cyanobacteria Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) is an endosymbiont of the of the unicellular microalgae Braarudosphaera bigelowii in marine systems. Such natural phenomenon is thought to have played a crucial role in evolution of eukaryotic cell organelles mitochondria and chloroplasts through integration of endosymbiotic bacteria to the eukaryotic cell. In a recently published study, researchers found that the cyanobacteria UCYN-A had closely integrated with the eukaryotic microalgae Braarudosphaera bigelowii and evolved from an endosymbiont to nitrogen-fixing eukaryotic cell organelle called nitroplast. This made microalgae Braarudosphaera bigelowii the first known nitrogen-fixing eukaryote and expanded the function of fixation of atmospheric nitrogen from prokaryotes to eukaryotes.){kind=link}