En enkelt oppdaget salamander embryo innkapslet i et egg. (Bilde: Roger Hangarter)
I en vitenskapelig første, forskere har oppdaget en bisarr inter-arter forhold som salamanders og alger koselig opp sammen for å dele celler. Forskerne er ikke helt sikker på hvorfor disse to svært ulike organismer har vedtatt slike et intimt arrangement, men funn vil kunne representere en helt ny form for symbiotisk forhold.
Celle-i-celle ordninger mellom arter er vanlige i naturen, men frem til dette punktet, det er bare blitt sett i skapninger som koraller, muslinger og insekter. Ny forskning publisert i science journal liv beskriver den første kjente eksempel på bilde-mobil symbiose som involverer celler av en fullvoksen virveldyr dyr er et dyr med et ryggsøylen eller ryggraden.
Som en collaborative research team fra American Museum of Natural History og Gettysburg College åpenbart, grønn alga Oophila amblystomatis gjør sitt hjem på innsiden av cellene som ligger tvers over kroppen av spotted salamander Ambystoma maculatum. Den salamander synes ikke å være negativt påvirket av sin mikrobiell romkamerater, og faktisk amfibier kan selv bli dratt nytte av denne ordningen. Normalt fotosyntetiske grønne alger, på den annen side, er helt stressa, tvunget stole på en alternativ måte energiproduksjon.
Funnene er så rart og så uventet at forskere som er involvert i studien er ikke sikker på hvorfor dette forholdet utviklet seg i første omgang, eller hvordan hver skapning kan tilgodesees.
Intracellulære “mutualists,” som de kalles, er svært vanlig i naturen, der begge parter dra nytte av forholdet. Eksempler på dette er encellede dinoflagellates som hoper seg opp på koraller og gigant muslinger og bruk fotosyntesen til å gi næring til sine verter, og gut bakterier som hjelper bugs bryte ned anlegget forbindelser.
Tilbake i slutten av det 19. århundre, biologer lært at grønne alger som vokser i egg av oppdaget salamanders, som gir en vinn-vinn-situasjon for begge; den embryo produsere nitrogen-rik avfall for alger, og i sin tur, alger øker oksygen innhold funnet i væsken rundt puste embryo gjennom fotosyntesen. For godt over et århundre, forskere hadde antatt at dette er gjensidig-gunstig ordning som kun har oppstått mellom salamander embryo og alger som lever utenfor det.
Men den grønne alger er ikke begrenset til egg—det er også befinner seg inne i cellene i en moden salamander kropp. Som tidligere forskning har vist, alger inn eggene, formerer seg, og så senere invaderer vev og celler i utviklingen av embryo. Bortsett fra den første egg og alger symbiotisk forhold, var det ikke kjent om dette senere arrangement hatt noen form for fordel, eller hvis det var rett og slett en residual eller parasittiske infeksjoner.
For å undersøke denne uvanlige forhold, John Burns fra AMNH ‘ s Museum Inndeling av Virvelløse Zoologi søkt å avdekke hva som skjer når salamander celler og grønne alger cellene sammen. Ved hjelp av en teknikk som kalles RNA-Seq, forskere sekvensert RNA (single-strandet kopi av DNA som hjelper cellene lage proteiner) av både organismer, og deretter brukes disse sekvenser for å lære hvordan alger og salamanders endret sine mønstre av genuttrykk mens de samhandler.
Som data avslørt, salamander celler som inneholder grønn alge anerkjent alger som utenlandske, men salamanders viste ingen tegn på stress.
“Salamander egentlig ikke synes altfor plaget av dette [ordningen],” Brenner fortalte Gizmodo. “Faktisk, det er fristende hint at salamander er faktisk å svare på en måte som demper dens immunforsvar mot dette alga. Noen gener i slekt å bremse ned en potent immunrespons var svært uttrykt av salamander i denne foreningen.”
Disse endringene til salamander er immun systemet foreslår at det vert celle erfaring er enten nøytral eller gunstig. Men det samme kan ikke sies om den grønne alger, som ser ut til å være sliter i sine utenlandske vert.
“For sin del, alga, gjennomgår store forandringer,” sa Burns. “I motsetning til den alga i coral-alga symbiose, alga i dette samspillet er stresset, og snarere enn å produsere oksygen og sukker gjennom fotosyntesen, det er gjæring. Dette tyder på at alga, er i en relativt lav-oksygen miljø.”
Burns sa dette gjæring respons kan også være utløst av svovel deprivasjon, som er en viktig mekanisme som brukes av biodrivstoff bransjen for å få plantene til å produsere hydrogen. Og ja, den intracellulære alga ikke vises relativt sultet for svovel.
Så hva er det som skjer her? Hvorfor gjør alger gå til alle problemer med å sette opp camp i vev av salamanders bare for å få stresset ut? Forskerne er ikke helt sikker, men de har ingen mangel på teorier.
En mulighet er at forholdet beskytter salamander fra patogener. Den salamanders la den grønne alger til å oppgi sine vev og celler, men salamander er immunrespons som faktisk kan blokkere mer skadelige patogener fra å gjøre det samme. Ordningen kunne tilby salamanders beskyttelse når de klekkes i mer fiendtlig miljø av dammen. “Dette ville være noe sånt som en “defensiv symbiose”, som er bare teoretiske på dette punktet,” sa Burns.
Det er også mulig at den grønne alger—til tross for å ha til å bruke gjæring til å produsere energi—er fordeler salamander celler ved produksjon av næringsstoffer, om enn færre enn de normalt ville produsere under høy oksygen forhold. “Også, selv om fotosyntesen ser ut til å bli stemt ned, det er fortsatt aktiv, og kan hjelpe alga til å bruke litt energi fra solen gjennom endret trasé,” sa Burns. Som, hvis de er sanne, ville være kult—det betyr at amfibier er indirekte drar nytte av fotosyntesen på en måte som ligner på hvordan coral gjør.
Mer spekulativt, arrangement kan representere en vei for alger til å vedvare i salamander over lang tid, og at alger for å hoppe fra en forelder salamander til sine avkom i en prosess som kalles vertikal overføring. Med andre ord, det er en del av den grønne alger er reproduktive syklus. “Men på dette punktet, det er bare en vill gjetning,” innrømmet Burns. “Vi trenger mer arbeid å utforske lang sikt skjebnen til den intracellulære alga.”
Uavhengig av hvilken grunn, vil dette funnet er å endre vår tenkning om foto-symbioses. Flere eksempler som dette kan finnes i naturen. Når vi ser fremover, forskere ønsker å utforske hvordan algene tar rot i salamander.
“Vi er svært interessert i å gjøre mer forskning imaging alge-celler som de kommer inn i salamander vev og celler,” studie co-forfatter Ryan Kerney fortalte Gizmodo. “Nye fremskritt i mikroskopi kan gi oss ekstra innsikt i dynamikken i vev oppføring, og selv utveksling av molekyler mellom symbionten ikke, og vert.”
Forskerne ønsker også å studere den endelige skjebnen til den intracellulære alge-celler.
“De kunne bli ødelagt/absorbert i løpet av salamander utvikling. Men de kan også vedvare og være vertikalt overførbare,” sa Burns. “Det er en fantastisk mulighet.”
[liv]