Zielone zwierzęta.

Zieleń, która nas otacza, jest skutkiem absorpcji światła czerwonego przez chlorofil w komórkach roślin i sinic. Dzięki temu rośliny korzystają z ogromnej ilości energii dostarczanej nam codziennie przez Słońce. Energię promieniowania słonecznego zamieniają, w dużym uproszczeniu, na energię chemiczną, dzięki której mogą syntetyzować węglowodany z dwutlenku węgla. To właśnie jest fotosynteza. Chlorofil będący swoistą anteną świetlna nie pływa sobie swobodnie, lecz zamknięty jest w chloroplastach w wysoce skomplikowanych kompleksach białkowych. Chloroplasty, struktury komórkowe powstały przed miliardami lat, gdy doszło do wniknięcia pra-sinicy do wnętrza innej komórki. Dzięki temu fotosyntetyzująca sinica miała ochronę, a jej ochroniarz stałe źródło węglowodanów. Chloroplasty zachowały częściową odrębność podkreślającą ich sinicowy rodowód: posiadają własny genom i maszynerię produkcji białek oraz ulegają podziałowi podobnie jak bakterie. Znaczna cześć genów niezbędnych do utrzymania funkcji chloroplastu przekazana została do genomu gospodarza.

Prawie 30 lat temu opisano po raz pierwszy intensywnie zielonego ślimaka Elysia chlorotica. Jak się zapewne domyślacie, kolor ślimaka to nie wybieg, mający zapewnić kamuflaż ślimakowi, a będący wynikiem akumulacji jakiegoś zielonego barwnika. Zieleń zawdzięcza on właśnie chloroplastom. Aktywne chloroplasty, typowo roślinne i glonowe struktury, choć występują w dużej ilości w komórkach ślimaka, nie dzielą się w nich i nie są dziedziczone. Skąd się tam wzięły? Chloroplasty w uchyłkach jelita ślimaka pochodzą z komórek jego ofiary, algi Vaucheria litorea. Lecz ich związek jest dużo silniejszy niż tylko drapieżnik-ofiara. Larwa ślimaka musi wyssać zawartość algi, by dokończyć rozwój i przejść w stadium dorosłości. Nakarmione algami ślimaki mogą żyć nawet do 10 miesięcy tylko na CO₂ i świetle, czyli dzięki fotosyntezie.

Obrazek ze strony Mary Rumpho-Kennedy.

Dorosły ślimak dorasta do 6 cm.

Problemem przy fotosyntezie jest to, że białka fotosystemów szybko się „zużywają” i muszą być ciągle dostarczane przez maszynerię syntezy białek. W przypadku glonów i roślin jest to wspólny wysiłek, gdyż jak napisałem wcześniej, geny kodujące podjednostki fotosystemów znajdują się w genomie jądrowym jaki i w chloroplastowym. Dlatego też chloroplasty nie mogą funkcjonować samodzielnie. Jak to sie dzieje, że mimo braku glonowego jądra komórkowego, chloroplasty działają w ślimaku tak długo? Odpowiedzią jest horyzontalny transfer genów.

Horyzonatlny oznacza w tym przypadku transfer genów pomiędzy niekrzyżującymi się organizmami. O ile jest to czeste zjawisko w świecie bakterii (stąd np. rozprzestrzenianie się odporności na antybiotyki), to w świecie eukariontów (ślimak i V. litorea są eukariontami) jest to zjawisko wyjątkowo rzadkie. Badacze z grupy Mary Rumpho dowiedli istnienie w genomie slimaka, także w lini komórek rozrodczych, obecności i ekspresji genu pochodzącego z jądra komórkowego glonu. Gen ten psbO koduje białko stabilizujace manganian (MSP), podjednostkę fotosystemu II niezbędną do rozszczepienia wody i produkcji tlenu. Dzięki temu, ślimak może zaopatrywać swojego symbionta w niezbędne białko i podtrzymywać fotosyntezę. Porównanie sekwencji obu genów, ślimaka i glona, wykazało ich identyczność.

Pozostają jednak do wyjaśnienia gdzie i w jakim otoczeniu w genomie ślimaka znajduje się gen psbO, jak dochodzi do jego aktywacji i w jaki sposób produkt – białko MSP – dostaje się do chloroplastów? Niewykluczone, że nie jest to pojedynczy gen V. litorea , który poprzez horyzontalny transfer zintegrował się z genomem ślimaka Elysia chlorotica.

-------

Rumpho ME, JM Worful, J Lee, K Kannan, MS Tyler, D Bhattacharya, A Moustafa and JR Manhart 2008 Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica. Proceedings of the National Academy of Sciences USA; 105 (46)

Rumpho ME, JR Manhart and EJ Summer 2000 Solar-Powered Sea Slugs. Mollusc/algal chloroplast symbiosis. Plant Physiology 123:29-38

27770