Önök kérték – Fotoszintetizáló csigák

Hogy gyors ütemben fussunk át a mindenki által egyébként is ismert alapokon: szimbiózisnak nevezzük az élővilág igazán hosszú távú kapcsolatait. Ezek egyik altípusa, a mindkét fél számára egyértelműen előnyös kapcsolat, az ún. mutualizmus. Ilyesmi figyelhető meg pl. egz korallzátonyon élő bohóchal és az őt körbevevő tengeri rózsák közt: míg utóbbiak csípős természetüknél fogva távol tartják a hal ellenségeit, addig a bohóchal elkergeti a tengeri rózsára kiéhezett halakat.

A mutualizmus lehet fakultatív (vagyis alapvetően mindkét szereplőnek jó, ha együtt vannak, de ha mégsem, az még nem a világ vége), vagy obligát (min. egyik szereplő képtelen a másik nélkül meglenni – lásd zuzmók), a bohóchalashoz hasonló “laza” interakció, vagy egészen belsőséges viszony, amikor az egyik szereplő konkrétan a másikban él. Erre az ún. endoszimbiózisra jó példák a növényi gyökerekben élő nitrogén-kötő baktériumok, vagy a termeszek gyomrában élő cellulóz bontó baktériumok és eukarióta egysejtűek.

Utóbbiak közé tartozik a Mixotrichia paradoxa is, amely valószínűleg az endoszimbiózis címlapfaja kellene legyen, hiszen ő maga is számos baktérium otthonaként szolgál. Például energiaellátását nem mitokondriumok biztosítják, hanem gömbalakú baktériumok. És persze ezzel el is jutottunk az endoszimbiózis két leghíresebb példájához: az eukarióta sejtek mitokondriumához, illetve a növények és fotoszintetizáló algák kloroplasztisaihoz. Ezek (valószínűleg) bíbor nem-kén baktériumokból, ill. cianobaktériumokból eredeztethetőek, amelyek (szinte) tökéletesen “összecsiszolódtak” gazdaszervezetükkel.

Ezekben az esetekben az obligát endoszimbiózis eljutott egy olyan pontra, ahol a két szervezet annyira “egy test, egy lélekké” vált, hogy gyakorlatilag az is mindeggyé vált, hogy hol örökítődik tovább az endoszimbionta organellum DNS-e: saját genomjában, vagy a sejtmagban. Ennek megfelelően, bár pl. egy plasztis apró genomján levő összes génnek megvan a cianobaktérium-specifikus párja, visszafele ez már egyáltalán nem igaz. És nemcsak azért mert a sejt belseje olyan kiszámítható környezet, ahol néhány korábban fontos gén feleslegessé válik (így degradálódhat). Van számos olyan gén, ami nélkül ezek a kis organellumok működésképtelenek lennének: ezeket már a sejtmagban rejlő kromoszómákon találjuk. Az általuk kódolt fehérjék is a sejt citoplazmájában készülnek, és csak egy különleges transzport folyamat révén kerülnek a plasztisba.

A növények evolúciós sikeressége is bizonyítja, hogy ez a cirka egy milliárd éve működő kapcsolat mennyire hasznos. Persze, egy olyan rendszernek, ami nagy hatékonysággal képes pusztán fényből és széndioxidból energiát előállítani, mindenki örülne. Lenyúlni mégsem triviális, hiszen mint említettem, a plasztis önmagában nem életképes. Nem is ismerünk túl sok olyan esetet, hogy egy eukarióta szervezet egy másik faj plasztisát nyúlná le. Amilyen példákat mégis fellelhetünk a nagykönyvekben, azok főleg az ún. másodlagos, vagy “komplex” algák közé tartoznak (pl. Euglenid fajok), ahol az történt, hogy egy már fotoszintetizáló algát “nyelt el” egy másik egysejtű, majd a két sejtmag fuzionált, így maradtak fenn a plasztis számára nélkülözhetetlen gének is a létrejövő új fajban.

Arra azonban eddig csak egyetlen példa akadt, hogy egy többsejtű állat sikeresen tudta volna lenyúlni és saját hasznára fordítani egy alga palsztisait. A szóbanforgó állat egy Elysia chlorotica nevű tengeri csigafaj, amely fiatalkorában egy heterokont algafaj, a Vaucheria litorea telepein táplálkozik, de az elfogyasztott sejtek plasztisait nem emészti meg, hanem a folyamatosan növekvő bélcsatornájának kitüremkedéseit borító sejtekben tárolja. Már az is furcsa (és még nem tisztázott), hogy egyáltalán miként kerüli el, a plasztisok megemésztését, de a legérdekesebb a dologban, hogy a plasztisok a csiga teljes életén keresztül (durván 10 hónap) működőképesek maradnak, és energiát termelnek.

Ez a fent említettek miatt nem triviális, hiszen a műdködésükhöz számos olyan génre van elvileg szükségük, amelyek az alga sejtmagjában vannak kódolva, ez viszont elemésztődik a csiga bélrendszerében. Mint arra a npokban fény derült, a helyzet az, hogy a szóbanforgó gének a csiga sejtmagjában is megtalálhatóak! És nem csak a párhuzamos evolúció furcsa mókájaként, valamilyen hasonló gének, hanem konkrétan a Vaucheria génjei – ez a fajok közötti, ún. horizontális gén-transzfer (HGT) egyik legbizarabb példája.

Hogy ez miként történhetett meg, arról most csak homályos ötletelés folyhat. Semmiképpen nem annyira egyszerű a dolog, hogy a csiga bélsejtjei és az algasejtek, a “komplex” algák mintájára fuzionálnak, így helyben biztosítva marad a plasztis ellátása, hiszen a szóbanforgó algagének a csiga összes sejtjében fellelhetőek. Vagyis valahol valamikor, szvsz. nagy valószínűséggel egy vírus közreműködésével, egy még nem “fotoszintetizáló” Elysia faj beleiből, egy darab emésztetlen alga DNS átkerült a közeli ivarsejtekbe és integrálódott azok kromoszómáiba. Ha majd jobban megismerjük az Elyisa genom rejtelmeit, akkor remélhetőleg erre a “mikéntre” is fény derül.

(A borítókép az EOL Learning and Education Group Flickr oldaláról származik.)

Rumpho ME, Worful JM, Lee J, Kannan K, Tyler MS, Bhattacharya D, Moustafa A, Manhart JR (2008) Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica. PNAS 105(46): 17867-17871.