En enkelt plettede salamander embryo, der er indkapslet i et æg. (Billede: Roger Hangarter)
I en videnskabelig første gang, forskere har opdaget en bizar inter-species-relation, hvor salamandre og alger hyggelig sig sammen for at dele celler. Forskerne er ikke helt sikker på, hvorfor disse to meget forskellige organismer har vedtaget et så intimt arrangement, men opdagelsen kan repræsentere en helt ny form for symbiotisk forhold.
Cell-i-celle aftaler mellem arter er almindelige i naturen, men indtil dette tidspunkt er det kun blevet set i væsener som koraller, muslinger og insekter. Ny forskning offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift eLife beskriver det første kendte eksempel på foto-cellulære symbiose, der involverer celler fra et fuldt udvokset, som omfatter forsøg med hvirveldyr, som er et dyr med rygsøjle eller rygrad.
Som et fælles forskerteam fra American Museum of Natural History og Gettysburg College afsløret, grøn alge Oophila amblystomatis gør sit hjem inde i celler, der er placeret over hele kroppen af den plettede salamander Ambystoma maculatum. Salamander synes ikke at være negativt påvirket af dens mikrobielle bofæller, og i virkeligheden padde kan endda være omfattet af denne ordning. Den normalt fotosyntetiske grønne alger, på den anden side, er helt stresset, tvunget stole på en alternativ måde for energi produktion.
Den konstatering er så mærkeligt og så uventet, at de forskere, der deltager i undersøgelsen er ikke sikker på, hvorfor dette forhold har udviklet sig i første omgang, eller hvordan hver enkelt skabning kan være til gavn.
Intracellulære “mutualists,” som de kaldes, er meget almindelige i naturen, hvor begge parter har fordel af forholdet. Som eksempler kan nævnes encellede dinoflagellates at samle sig på koraller og giant clams og bruger fotosyntese til at give næring til deres værter, og tarm bakterier, der hjælper med fejl nedbryde plante forbindelser.
Tilbage i slutningen af det 19. århundrede, biologer lært, at grønne alger vokser i ægget tilfælde af spottet salamandre, der giver en win-win situation for begge parter; det embryoner producere nitrogen-rigt affald for alger, og igen, alger, øger ilt indhold, der findes i væsken omkring vejrtrækning embryoner gennem fotosyntese. For godt og vel et århundrede har forskerne antog, at denne gensidigt fordelagtig aftale kun sket mellem salamander embryo og alger, der bor uden for det.
Men den grønne alger er ikke begrænset til, æg tilfælde—det er også placeret inde i cellerne af en gamle salamander krop. Som tidligere forskning har vist, at algerne indtaste æg, formere sig, og så senere invaderer væv og celler i at udvikle embryoner. Bortset fra de første æg og alger symbiotisk forhold, det ikke var kendt, hvis denne efterfølgende arrangement afholdt nogen form for ydelser, eller hvis det blot var en rest-eller parasitære infektioner.
For at undersøge dette usædvanlige forhold, John Burns fra AMNH ‘s Museum’ s Division af Hvirvelløse dyr Zoologi søgt at afdække, hvad der sker, når salamander celler og grønne alger celler sammen. Ved hjælp af en teknik kaldet RNA-Seq, forskere sekventeret RNA (enkeltstrenget kopi af DNA, der hjælper celler gøre proteiner) af begge organismer, og derefter anvendes disse sekvenser for at lære, hvordan alger og salamandre ændret deres mønstre af genekspression, mens de interagerer.
Da data afslørede, salamander celler, der indeholder grøn alger anerkendt alger som udenlandske, men salamandre viste ingen tegn på ubehag.
“Salamander virkelig ikke synes alt for generet af dette [arrangement],” Brænder fortalte Gizmodo. “I virkeligheden er der vage antydninger af, at der salamander er faktisk reagerer på en måde, som dæmper dens immunforsvar til denne alge. Nogle gener, der er relateret til at bremse en potent immunrespons var stærkt udtrykt ved salamander i denne forening.”
Disse ændringer salamander immunsystemet tyder på værtscellen erfaring er enten neutrale eller positive. Men det samme kan ikke siges om den grønne alger, som ser ud til at være kæmper i sin udenrigs-vært.
“For sin del, alga gennemgår drastiske forandringer,” sagde Forbrændinger. “I modsætning til den alge i koral-alge symbiose, alga i dette samspil er stresset, og snarere end at producere ilt og sukker ved fotosyntese, det er i gæring. Dette tyder på, at alge i en relativt lav ilt miljø.”
Burns sagde denne gæring svar kunne også være udløst af svovl afsavn, som er en vigtig mekanisme, der anvendes af biobrændstoffer industrien for at få alger til at producere brint. Og ja, den intracellulære alge synes relativt starved for svovl.
Så hvad sker der her? Hvorfor gør de alger gå til alle de problemer, i har slået lejr i det væv af salamandre kun at få stresset? Forskerne er ikke helt sikker, men de har ingen mangel på teorier.
En mulighed er, at forholdet beskytter salamander fra patogener. Den salamandre lad grønne alger til at indtaste deres væv og celler, men salamander immunsystemets reaktion kan faktisk blokere mere skadelige patogener fra at gøre det samme. Arrangementet kunne tilbyde salamandre beskyttelse, når de klækker i de mere fjendtligt miljø af dammen. “Det ville være noget i retning af en ‘defensiv symbiose,’ der er kun teoretisk på dette punkt,” sagde Forbrændinger.
Det er også muligt, at den grønne alger—på trods af at du har brug for gæring for at producere energi er til gavn for salamander celler ved at producere næringsstoffer, omend færre end de normalt ville producere under højt iltindhold. “Også selv om fotosyntese ser ud til at blive tunet ned, det er stadig aktiv og kan være medvirken alga til at bruge noget energi fra solen gennem ændrede veje,” sagde Forbrændinger. Som, hvis det er sandt, ville det være rigtig cool—det betyder, at de amfibiske er indirekte nyder godt af fotosyntese på en måde, der svarer til, hvordan coral gør.
Mere spekulativt, det arrangement, som kan repræsentere en måde for alger til at fortsætte i salamander i det lange løb, og give algerne til at hoppe fra en forælder salamander sine unger i en proces kendt som vertikal transmission. Med andre ord, det er en del af den grønne alger reproduktive cyklus. “Men, på dette punkt, det er bare et vildt gæt,” indrømmede Forbrændinger. “Vi har brug for mere arbejde for at udforske lang sigt skæbne af den intracellulære alga.”
Uanset årsagen er, at denne opdagelse er ved at ændre vores tænkning om foto-symbioser. Flere af den slags eksempler kan findes i naturen. Vendes blikket fremad, forskerne ville gerne undersøge, hvordan algerne tager rod i salamander.
“Vi er meget interesseret i at gøre mere forskning imaging alge-celler, som de kommer ind salamander væv og celler,” undersøgelse medforfatter Ryan Kerney fortalte Gizmodo. “Nye fremskridt inden for mikroskopi, kan give os en større indsigt i dynamikken af væv indlæg, og endda udveksling af molekyler mellem symbiont og host.”
Forskerne ville også gerne studere den endelige skæbne af den intracellulære alge-celler.
“De kunne blive ødelagt/absorberet i løbet af salamander udvikling. Men de kan også bestå og være lodret overføres,” sagde Forbrændinger. “Det er en fantastisk mulighed.”
[eLife]