Een enkele gevlekte salamander embryo omhuld in een ei. (Beeld: Roger Hangarter)
In een eerste wetenschappelijke onderzoekers hebben ontdekt dat er een bizarre inter-soort relatie die salamanders en algen gezellig samen te delen cellen. Wetenschappers zijn niet helemaal zeker waarom deze twee zeer verschillende organismen hebben aangenomen, zoals een intiem arrangement, maar de ontdekking zou kunnen vertegenwoordigen een geheel nieuwe vorm van symbiotische relatie.
Cel-in-cel afspraken tussen soorten zijn gemeenschappelijk in de natuur, maar tot op dit moment is het alleen al gezien in de schepselen zoals koraal, schelpen en insecten. Nieuw onderzoek gepubliceerd in de wetenschappelijke tijdschrift eLife beschrijft de eerste bekende voorbeeld van de foto-cellulaire symbiose waarbij de cellen van een volwassen gewervelde dieren, dat is, een dier met een wervelkolom of ruggengraat.
Als een gezamenlijk onderzoeksteam van het American Museum of Natural History en Gettysburg College geopenbaard, de groene alg Oophila amblystomatis maakt zijn huis aan de binnenkant van de cellen zich over het lichaam van de gevlekte salamander Ambystoma maculatum. De salamander lijkt niet te worden beïnvloed door de microbiële huisgenoten, en in feite de amfibieën kan zelfs profiteren van deze regeling. De normaal fotosynthetische algen, aan de andere kant, zijn volledig gestrest, gedwongen rekenen op een alternatieve manier van productie van energie.
De bevinding is dat zo vreemd en zo onverwacht, dat de betrokken wetenschappers in de studie zijn niet zeker waarom deze relatie zich in de eerste plaats, of hoe elk schepsel kan worden geprofiteerd.
Intracellulaire “mutualists,” zoals ze worden genoemd, zijn zeer algemeen in de natuur, waar beide partijen hun voordeel uit de relatie. Voorbeelden zijn eencellige dinoflagellaten die zich ophopen op het koraal en grote schelpen en gebruik de fotosynthese levensonderhoud van hun gastheren, en darm bacteriën die helpt bugs breken bestanddelen van de plant.
Terug in de late 19e eeuw, biologen geleerd dat groene algen groeien in het ei gevallen van gevlekte salamanders, het verstrekken van een win-win situatie voor beide; de embryo ‘s produceren stikstof-rijke afval voor de algen, en op zijn beurt, de algen verhoogt het zuurstofgehalte gevonden in de vloeistof rond de ademhaling embryo’ s door middel van fotosynthese. Voor meer dan een eeuw hadden wetenschappers aangenomen dat dit wederzijds voordelige regeling is enkel opgetreden tussen de salamander embryo en de algen leven buiten.
Maar de groene algen is niet beperkt tot het ei gevallen—het is ook gelegen in de cellen van een volwassen salamander het lichaam. Als het voorgaande onderzoek blijkt dat de algen voer de eieren, verspreiden, en dan later valt de weefsels en cellen van de ontwikkeling van embryo ‘ s. Afgezien van het eerste ei en algen symbiotische relatie, het was niet bekend of dit volgende opstelling gemaakt van enige vorm van uitkering, of indien het was gewoon een resterende of parasitaire infectie.
Het onderzoeken van deze ongewone relatie, John Burns uit de AMNH het Museum van de Verdeling van de Ongewervelde Zoölogie gezocht om te ontdekken wat er gebeurt als de salamander cellen en groene algen cellen samen. Met behulp van een techniek genaamd RNA-Seq, de onderzoekers werd het RNA (een single-stranded kopiëren van DNA, dat helpt de cellen maken eiwitten) van beide organismen, en vervolgens gebruikt deze sequenties om te leren hoe de algen en salamanders hun patronen van genexpressie tijdens de interactie.
Als de gegevens is gebleken, salamander-cellen met groene algen opgenomen de algen als buitenlandse, maar de salamanders toonde geen tekenen van angst.
“De salamander is echt niet te lastig gevallen door deze [opstelling],” Burns vertelde Gizmodo. “In feite zijn er prikkelende hints dat de salamander is eigenlijk reageert op een manier die dempt de immuunrespons op deze alg. Sommige genen in verband met het vertragen van een krachtige immuun respons werd sterk uitgedrukt door de salamander in deze vereniging.”
Deze wijzigingen de salamander het immuunsysteem stel de host cel ervaring is ofwel neutraal of gunstig. Maar hetzelfde kan niet gezegd worden voor de groene algen, die zich lijkt te worstelen in de foreign host.
“Voor zijn deel, de alg ondergaat drastische veranderingen”, zei Burns. “In tegenstelling tot de algen in het koraal-alg symbiose, de alg in deze interactie wordt benadrukt, en in plaats van het produceren van zuurstof en suiker door middel van fotosynthese, het fermenteren is. Dit suggereert dat de alg is in een relatief zuurstofarme milieu.”
Burns zei dat dit gisting reactie kan ook worden veroorzaakt door zwavel ontbering, en dat is een belangrijk mechanisme dat wordt gebruikt door de biobrandstoffenindustrie voor het krijgen van algen om waterstof te produceren. En inderdaad, de intracellulaire alga lijken relatief uitgehongerd voor zwavel.
Dus wat is hier aan de hand? Waarom doen de algen gaan naar de moeite van het inrichten van het kamp in de weefsels van salamanders alleen om gestrest? De onderzoekers niet helemaal zeker, maar ze hebben geen gebrek aan theorieën.
Een mogelijkheid is dat de relatie beschermt de salamander van ziekteverwekkers. De salamanders laat de groene algen in hun weefsels en cellen, maar de salamander van de immuunrespons kan zelfs voorkomen dat schadelijke ziekteverwekkers uit hetzelfde te doen. Het arrangement kan bieden salamanders bescherming zodra ze uitkomen in de vijandige omgeving van de vijver. “Dat zou wel iets als een ‘defensieve symbiose,’ die slechts theoretisch zijn op dit punt,” zei Burns.
Het is ook mogelijk dat de groene algen—ondanks het feit dat gebruik van de gisting te produceren energie—vaart de salamander cellen door het produceren van voedingsstoffen, zij het minder dan ze normaal gesproken zouden produceren onder hoge zuurstofgehalte. “Ook al is de fotosynthese lijkt te worden gestemd, is het nog steeds actief en kan helpen de algen gebruiken de energie van de zon via aangepaste trajecten,” zei Burns. Die, als het waar is, zou echt cool zijn—het betekent dat de amfibieën indirect profiteren van de fotosynthese op een wijze die vergelijkbaar is met hoe koraal doet.
Meer speculatively, de overeenkomst kan geven voor de algen om te volharden in de salamander op de lange termijn, en het inschakelen van de algen om te springen van een ouder salamander te zijn nakomelingen in een proces dat bekend staat als verticale transmissie. In andere woorden, het is een onderdeel van de groene algen in de voortplantingscyclus. “Echter, op dit punt, dat is maar een wilde gok,” toegelaten Brandwonden. “We moeten meer werken om te verkennen op de lange termijn het lot van de intracellulaire alg.”
Ongeacht de reden, door deze ontdekking is het veranderen van ons denken over foto-symbiose. Meer voorbeelden, zoals deze zich kunnen voordoen in de natuur. Vooruitblikkend, de onderzoekers willen verkennen hoe de algen wortel in de salamander.
“We zijn zeer geïnteresseerd in het doen van meer onderzoek naar beeldvorming van de algencellen als ze in de salamander weefsels en cellen,” studie co-auteur Ryan Kerney vertelde Gizmodo. “Nieuwe ontwikkelingen in de microscopie kon geven ons meer inzicht in de dynamiek van het weefsel invoer, en ook de uitwisseling van moleculen tussen de symbiont en gastheer.”
De onderzoekers willen ook de studie van de uiteindelijke lot van de intracellulaire algen.
“Ze kon vernietigd worden/wordt geabsorbeerd in de loop van de salamander ontwikkeling. Maar ze kunnen ook blijven bestaan en verticaal worden verzonden,” zei Burns. “Dat is een geweldige mogelijkheid.”
[eLife]