Водоросли — это «сборная солянка» из различных организмов, которые живут в воде и заняты фотосинтезом. Некоторые, впрочем, разучились использовать энергию Солнца, например ницшия Nitzschia sp. Новое исследование посвящено эволюции генома у этой диатомеи. Из работы следует, что заимствование ДНК из бактерии и другие перестройки генома сделали ницшию способной использовать альгинаты. Это важный компонент других водорослей — бурых, вроде фукуса и ламинарии.
Сканирующая электронная микроскопия клеток Nitzschia amphibia var. padana / © researchgate.net, David Williams & Carlos E. Wetzel, 2018
Многие знакомые нам живые организмы имеют в прошлом головокружительную эволюцию. Подчас она до неузнаваемости меняет их образ жизни и облик. Так, некоторые когда-то автотрофные водоросли (они могли питаться с помощью энергии света) утратили этот навык. Какие-то из них успели настолько сильно преобразиться, что теперь напоминают скорее грибы.
Есть и другие примеры. Скажем, паразитические простейшие из группы апикомплексов (вроде малярийного плазмодия) сохранили пластиды. Эти растительные органеллы уже не способны к фотосинтезу, но явно намекают, что предки паразитов были зелеными и питались светом.
В других случаях разобраться с исходным обликом живых организмов, да и современным способом их питания сложнее. Таковы ницшии (Nitzschia sp.) — представители диатомовых водорослей, имеющих замысловатый «панцирь» из кремнезема.
Диатомеи — важные планктонные продуценты морских экосистем. Вот только ницшия уже не способна играть эту роль: ее бесцветные клетки лишены фотосинтетических систем. Очевидно, представители рода Nitzschia их потеряли и стали гетеротрофами. То есть используют в качестве источника органического углерода кого-то еще.
Однако как именно они питаются и как превратились в «бывшие водоросли»? С точки зрения их экологии такие клетки скорее стоит называть простейшими, то есть гетеротрофными протистами.
С эволюционной историей ницший разобралась новая статья в журнале PLOS Biology. Авторы секвенировали геном одного из штаммов ницший — Nitzschia sing1. Известно, что такие клетки живут на бурых водорослях Fucus serratus и Sargassum sp., используя их полисахарид альгинат. На его долю приходится около 40 процентов талломов этих водорослей.
Оказалось, ницшия «позаимствовала» нужный для этого ген PL7 (Polysaccharide Lyase 7, альгинатлиаза) семейства ALY у морской бактерии. Случился «горизонтальный перенос генов», в ходе которого ДНК одной клетки попала в другую, неродственную.
Такой перенос частенько происходит у бактерий, а вот для эукариот, и в частности водорослей, скорее редкость. Поэтому гены соответствующей группы (ALY) отсутствуют у других диатомей.
Однако на этом история не окончилась. Реконструкция эволюции ницший показала, что после однократного приобретения гена альгинатлиазы тот многократно удваивался и мутировал.
В итоге сейчас Nitzschia sing1 имеет ни много ни мало 91 «потомка» того родительского гена — они распределены по трем генным семействам. Но только одно из них сохранило исходную ферментативную активность.
Два других семейства претерпели другие сложные генные перестройки и приобрели новые функции. Теперь они участвуют в переносе олигосахаридов во внутриклеточные органеллы или образовании моносахаридов при расщеплении альгинатов.
