En enda spotted salamander embryo inneslutet i ett ägg. (Bild: Roger Hangarter)
I en vetenskaplig första har forskare upptäckt en bisarr mellan arter relation där salamandrar och alger mysa tillsammans för att dela celler. Forskarna är inte helt säker på varför dessa två mycket olika organismer har antagit ett sådant arrangemang, men upptäckten skulle kunna representera en helt ny form av symbiotiskt förhållande.
Annons
Cell-inom-cell överenskommelser mellan arter som är vanliga i naturen, men fram till denna tidpunkt är det bara setts i varelser som koraller, musslor och insekter. Ny forskning som publiceras i den vetenskapliga tidskriften eLife beskriver den första kända exemplet på foto-cellulära symbios som inbegriper celler från en fullvuxen ryggradsdjur, som är ett djur med ryggrad eller ryggraden.
Som en gemensam forskargrupp från American Museum of Natural History och Gettysburg College visade, grön alg Oophila amblystomatis gör sitt hem insidan av celler som ligger över hela kroppen av spotted salamander Ambystoma maculatum. Salamander verkar inte vara negativt av dess mikrobiella rumskamrater, och i själva verket en amfibie kan även vara den som kommer i åtnjutande av detta arrangemang. Normalt fotosyntetiska gröna alger, å andra sidan, är helt stressad, tvingas förlita sig på en alternativ form av energiproduktion.
Fyndet är så konstigt och så oväntat att de forskare som ingår i studien är inte säker på varför denna relation utvecklades i första hand, eller hur varje varelse kan vara benefitting.
Intracellulär “mutualists”, som de kallas, är mycket vanliga i naturen, där båda parter tjänar på relationen. Exempel är encelliga dinoflagellater att samla på korall och jättemusslor och använda fotosyntesen för att ge näring till sina värdar, och tarm bakterier som hjälper buggar bryta ner växtsubstanser.
Tillbaka i slutet av 19th century, biologer fick veta att gröna alger växer i ägget fall av fläckig salamandrar, som ger en win-win-situation för båda; embryon producera kväverika avfall för alger, och i sin tur, alger ökar syrehalten som finns i vätskan runt andning embryon genom fotosyntesen. För över ett sekel, forskare hade antas att detta gynnar arrangemang enbart skett mellan salamander embryo och alger som lever utanför det.
Sponsrade
Men den gröna alger är inte begränsat till ägget fall—den ligger också inne i celler av en gammal salamander kroppen. Som tidigare forskning har visat, alger ange ägg, förökar sig, och sedan senare invaderar vävnader och celler för att utveckla embryon. Bortsett från den inledande ägg och alger symbiotiskt förhållande, det var inte känt om detta senare arrangemang som uppstått någon form av nytta, eller om det bara var en kvarstående eller parasitinfektion.
För att undersöka detta ovanliga förhållande, John Burns från AMNH s Museum Uppdelning av Ryggradslösa Zoologi syftade till att avslöja vad som händer när salamander celler och gröna alger celler är tillsammans. Med hjälp av en teknik som kallas RNA-Seq, forskare sekvenserat RNA (ett enkelsträngat kopia av DNA som hjälper celler att proteiner) av både organismer, och sedan används dessa sekvenser för att lära sig hur alger och salamandrar ändrat sitt mönster av genuttryck samtidigt interagera.
Annons
Enligt de uppgifter som framkommit, salamander celler som innehåller gröna alger redovisas de alger som utländska, men salamandrar visade inga tecken på ångest.
“Salamander verkligen inte verkar alltför störd av detta [arrangemang],” Bränner berättade Gizmodo. “Faktum är att det är kittlande tips som salamander är faktiskt svarar på ett sätt som dämpar dess immunförsvar att denna alg. Vissa gener som är relaterade till att bromsa en potent immunförsvar var mycket uttrycks av salamander i denna förening.”
Dessa förändringar till salamander immunförsvaret föreslår att den mottagande cellen erfarenhet är antingen neutrala eller positiva. Men det samma kan inte sägas om den gröna alger, som verkar vara kämpar i sin utrikes-värd.
Annons
“För egen del, alga genomgår drastiska förändringar,” sade Brännskador. “Till skillnad från alga i coral-alga symbios, alga i detta samspel är stressad, och snarare än att producera syre och socker i fotosyntesen, det är jäsning. Detta tyder på att alga ligger på en relativt låg syre miljö.”
Burns sa detta jäsning svar kan också utlösas av svavel fattigdom, som är en viktig mekanism som används av biobränslen i industrin för att få alger för att producera vätgas. Och faktiskt, den intracellulära alga verkar relativt svalt för svavel.
Så vad händer här? Varför algerna gå till alla problem i att sätta upp läger i de vävnader av salamandrar bara att bli stressad? Forskarna är inte helt säker, men de har ingen brist på teorier.
Annons
Annons
En möjlighet är att sambandet skyddar salamander från patogener. De salamandrar låt de gröna alger för att ange deras vävnader och celler, men salamander immunsvar kan faktiskt blockera mer skadliga patogener från att göra samma sak. Arrangemanget kan erbjuda salamandrar skydd när de kläcks till de mer ogästvänliga miljön i dammen. “Att detta skulle vara något som en” defensiv symbios, ” som bara teoretiska på denna punkt,” sade Brännskador.
Det är också möjligt att den gröna alger—trots att behöva använda jäsning för att producera energi—är åtnjutande salamander-celler att producera näringsämnen, om än färre än de normalt skulle producera under hög syre förhållanden. “Också, även om fotosyntesen verkar vara inställd ner, det är fortfarande aktiv och kan vara med att hjälpa de alga att använda lite energi från solen genom ändrade vägar”, sade Brännskador. Vilket, om det stämmer, skulle vara riktigt coolt—det betyder amfibie är indirekt gynnas av fotosyntes på ett sätt som liknar hur coral gör.
Mer spekulativt, arrangemanget kan vara ett sätt för alger kvar i salamander under lång tid, och gör att algerna att hoppa från en förälder salamander sin avkomma i en process som kallas vertikal överföring. Med andra ord, det är en del av den gröna algen reproduktiva cykel. “Men på denna punkt, det är bara en vild gissning,” medgav Brännskador. “Vi behöver mer arbete för att utforska den långsiktiga öde i den intracellulära alga.”
Annons
Oavsett anledning, här upptäckten är att ändra vårt sätt att tänka på bild-symbioses. Fler liknande exempel kan finnas i naturen. Ser framåt, forskare skulle vilja att utforska hur algerna tar rot i salamander.
“Vi är mycket intresserade av att göra mer forskning avbildning alger celler när de kommer in i salamander vävnader och celler,” studie medförfattare Ryan Kerney berättade Gizmodo. “Nya framsteg inom mikroskopi kan ge oss ytterligare insikter i dynamiken i vävnad inlägg, och även utbyte av molekyler mellan symbiont och värd.”
Forskarna vill också studera den slutliga öde i den intracellulära alger celler.
Annons
Annons
“De skulle förstöras/absorberas under loppet av salamander utveckling. Men de kunna också framhärda och vara vertikalt överföras,” sade Brännskador. “Det är en fantastisk möjlighet.”
[eLife]