Eine einzelne Feuersalamander embryo, umhüllt von einem ei. (Bild: Roger Hangarter)
In einem wissenschaftlichen ersten, Forscher haben entdeckt, eine bizarre inter-Spezies-Beziehung, in denen Salamander und Algen gemütlich zusammen zu teilen-Zellen. Wissenschaftler sind nicht ganz sicher, warum diese beiden sehr unterschiedlichen Organismen übernommen haben, solch eine intime Anordnung, aber die Entdeckung könnte eine völlig neue form der symbiotischen Beziehung.
Cell-in-cell Vereinbarungen zwischen den Arten sind Häufig in der Natur, aber bis zu diesem Punkt ist es nur gesehen worden, in der Lebewesen wie Korallen, Muscheln und Insekten. Neue Forschung veröffentlicht in der Fachzeitschrift eLife beschreibt das erste bekannte Beispiel von Foto-zelluläre Symbiose mit den Zellen eines ausgewachsenen Wirbeltieren, das heißt, ein Tier mit einer Wirbelsäule oder Rückgrat.
Als gemeinsame Forschungs-team aus dem American Museum of Natural History und Gettysburg College offenbart, die grüne Alge Oophila amblystomatis macht seine Heimat im inneren der Zellen befindet sich über dem Körper des gefleckten salamander Ambystoma maculatum. Der salamander scheint nicht negativ beeinflusst werden, die von seiner mikrobiellen Mitbewohner, und in der Tat die Amphibien können sogar profitieren von dieser Anordnung. Die normalerweise Photosynthese grüner Algen, auf der anderen Seite, sind völlig gestresst, gezwungen verlassen sich auf alternative Energie-Produktion.
Der Befund ist so seltsam und so unerwartet, dass die beteiligten Wissenschaftler in der Studie nicht sicher, warum diese Beziehung entwickelte sich in den ersten Platz, oder wie jede Kreatur sein könnte, die profitieren.
Intrazelluläre “mutualists”, wie Sie genannt werden, sind sehr Häufig in der Natur, wo beide Seiten profitieren von der Beziehung. Beispiele sind Einzellige Dinoflagellaten, die sich auf Korallen und Riesenmuscheln und nutzen die Photosynthese zu versorgen, Nahrung zu Ihren Gastgebern, und Darmbakterien, die hilft, Fehler brechen Pflanzenstoffe.
Zurück in den späten 19th Jahrhundert, die Biologen gelernt, dass grüne Algen wächst in dem ei Fällen von spotted Salamander, die Bereitstellung einer win-win-situation für beide; die Embryonen produzieren Stickstoff-reiche Abfälle für die Algen, und die wiederum die Algen steigt der Sauerstoff-Gehalt der Flüssigkeit, um die Atmung Embryonen durch Photosynthese. Für weit über ein Jahrhundert waren Wissenschaftler davon ausgegangen, dass diese gegenseitig vorteilhafte Anordnung trat nur zwischen den salamander embryo und die Algen Leben außerhalb.
Aber die grünen Algen ist nicht beschränkt auf die ei-Fälle—es befindet sich auch innerhalb der Zellen eines ausgewachsenen salamander Körper. Wie frühere Forschung gezeigt hat, sind die Algen geben Sie die Eier, vermehren sich, und dann später dringt in die Gewebe und Zellen der Entwicklung von Embryonen. Abgesehen von dem ersten ei und Algen symbiotische Beziehung, es war nicht bekannt, ob diese nachträgliche Anordnung entstandenen jede Art von profitieren, oder wenn es war einfach nur ein Rest-oder parasitäre Infektion.
Um zu untersuchen, diese ungewöhnliche Beziehung, John Burns aus dem AMNH Museum die Abteilung der Wirbellosen Zoologie suchte zu entdecken, was passiert, wenn die salamander-Zellen und grüne Algen-Zellen sind zusammen. Mit einer Technik namens RNA-Seq die Forscher sequenzierten die RNA (einzelsträngige Kopie der DNA hilft, die Zellen machen die Proteine der beiden Organismen, und dann verwendet, diese Sequenzen zu erfahren, wie die Algen und Salamander geändert haben Ihre Muster der Genexpression während der Interaktion.
Wie die Daten ergaben, salamander Zellen mit grünen Algen erkannt, die Algen als ausländische, aber der Salamander zeigte keine Anzeichen von Verzweiflung.
“Die salamander wirklich scheint nicht zu stören, die von dieser [Vereinbarung],” Burns sagte Gizmodo. “In der Tat, es gibt verlockende Hinweise, dass der salamander ist tatsächlich reagieren in einer Weise, dämpft seine Immunantwort gegen diese Alge. Einige Genen im Zusammenhang mit der Verlangsamung eine potente Immunantwort waren hoch, ausgedrückt durch die salamander in diesem Verein.”
Diese änderungen der salamander Immunsystems empfehlen die Wirtszelle Erfahrung ist entweder neutral oder günstig ist. Aber das gleiche kann nicht gesagt werden, für die grünen Algen, die erscheint, zu kämpfen in Ihre ausländischen.
“Für seinen Teil, die Alge erfährt drastische änderungen”, sagte Burns. “Im Gegensatz zu den Algen in den Korallen-Algen-Symbiose, die Algen in dieser Interaktion wird betont, und anstatt die Produktion von Sauerstoff und Zucker über die Photosynthese, es ist Gärung. Dies deutet darauf hin, dass die Alge ist in einem relativ niedrigen Sauerstoff-Umgebung.”
Burns sagte dieser Gärung Reaktion kann auch ausgelöst werden durch Schwefel-Entzug, das ist ein wichtiger Mechanismus, der durch die Biokraftstoff-Industrie für immer Algen Wasserstoff produzieren. Und in der Tat, die intrazelluläre Alge erscheinen relativ ausgehungert nach Schwefel.
Also, was ist hier Los? Warum tun die Algen gehen alle Mühe der Einrichtung camp in den Geweben von Salamander nur stressen zu lassen? Die Forscher sind nicht ganz sicher, aber Sie haben keinen Mangel an Theorien.
Eine Möglichkeit ist, dass die Beziehung schützt den salamander vor Krankheitserregern. Die Salamander ermöglichen den grünen Algen zu geben, mit Ihren Geweben und Zellen, aber die salamander Immunantwort kann tatsächlich blockieren Sie schädliche Krankheitserreger aus das gleiche zu tun. Die Anordnung könnte bieten Sie Schutz, sobald Sie schlüpfen in die lebensfeindliche Umgebung des Teiches. “Das wäre so etwas wie eine “defensive ” Symbiose”, das ist nur theoretisch an diesem Punkt”, sagte Burns.
Es ist auch möglich, dass die grünen Algen—trotz Verwendung der Gärung, um Energie zu produzieren—profitieren die salamander-Zellen durch die Produktion von Nährstoffen, wenn auch weniger als Sie würde normalerweise produzieren unter hohem Sauerstoff-Bedingungen. “Auch, wenn die Photosynthese zu sein scheint, abgestimmt nach unten, es ist immer noch aktiv und kann helfen werden, die Alge verwenden einige Energie von der Sonne durch das veränderte Bildungswege”, sagte Burns. Was, wenn das stimmt, wäre das wirklich cool ist—es bedeutet die Amphibien ist indirekt profitieren von der Photosynthese in einer Weise, die ähnlich wie Korallen hat.
Spekulativer ausgedrückt, die Anordnung, darstellen kann eine Möglichkeit für die Algen weiterhin in der salamander über die Langstrecke, und aktivieren Sie die Algen springen von einer übergeordneten salamander, dessen Nachkommen sich in einem Prozess bekannt als die vertikale übertragung. In anderen Worten, es ist ein Teil der grünen Algen reproduktiven Zyklus. “Jedoch, an diesem Punkt, das ist nur eine wilde Vermutung”, sagte Burns. “Wir brauchen mehr Arbeit zu erforschen, das langfristige Schicksal der intrazellulären Alge.”
Unabhängig von der Grund, diese Entdeckung verändert unser denken über Foto-Symbiosen. Mehr Beispiele wie diese können in der Natur vorhanden sind. Blick in die Zukunft, die Forscher wollen erkunden, wie die Algen nimmt Wurzel in die salamander.
“Wir sind sehr daran interessiert, mehr Forschung imaging der Algen-Zellen, wie Sie in den salamander Geweben und Zellen,” Studie co-Autor Ryan Kerney sagte Gizmodo. “Neue Fortschritte in der Mikroskopie konnte uns zusätzliche Einblicke in die Dynamik der Gewebe Eintritt, und auch der Austausch von Molekülen zwischen symbiont und Wirt.”
Die Forscher möchten auch die Untersuchung der schließliche Schicksal der intrazellulären Algenzellen.
“Sie könnten vernichtet/absorbiert im Laufe der salamander Entwicklung. Sie konnten aber auch weiterhin bestehen und werden vertikal übertragen”, sagte Burns. “Das ist eine fantastische Möglichkeit.”
[eLife]