Как морской анемон использует симбиотические водоросли для усвоения азота в бедных питательными веществами водах

Тропические океаны обычно бедны питательными веществами, но в них существуют обширные и биологически разнообразные рифовые экосистемы, построенные симбиотическими книдариями (включая кораллы и анемоны). Это кажущееся противоречие, известное как парадокс Дарвина, озадачивало учёных с момента его первого описания Чарльзом Дарвином в 1842 году.

Международное исследование, опубликованное в Science Advances под руководством учёных из KAUST, показало, как анемон Aiptasia распределяет сахар, получаемый от симбионтов, для эффективной переработки азотных отходов по всему телу, что позволяет ему процветать в бедной питательными веществами среде.

Исследователь Госинь Цуй, работавший над проектом под руководством Мануэля Аранды, отмечает, что многие предыдущие работы фокусировались на поиске источников ограниченных питательных веществ, особенно азота, в океанической среде. Была гипотеза, что симбиоз кораллов и водорослей создаёт эти экологические "горячие точки", но молекулярный механизм, лежащий в основе способности книдарий строить массивные экосистемы, оставался неясным.

Команда адаптировала технику лазерной микродиссекции, чтобы разделить два основных тканевых слоя анемона (гастродермис и эпидермис) и изучить тканеспецифическую экспрессию генов. Только внутренний слой, гастродермис, формирует внутриклеточные отношения с водорослями. С помощью технологии секвенирования РНК единичных клеток учёные впервые для анемонов исследовали транскрипционные профили, связанные с симбиозом, на тонком клеточном уровне.

Этот подход позволил идентифицировать ключевые транспортеры, участвующие в ассимиляции азота, а затем с помощью иммуноокрашивания отследить их локализацию в тканях анемона.

Мануэль Аранда поясняет: "Мы обнаружили, что анемон изменяет экспрессию и локализацию транспортеров питательных веществ, чтобы распределять глюкозу, полученную от симбионтов, по всем своим тканям. Он использует большую часть своей биомассы для рециклинга производимых азотных отходов, а также для переработки любого доступного в среде аммония."

Госинь Цуй отмечает, что симбиотические отношения превращают весь организм в ассимилятор азота. Это опровергает распространённое мнение, что водоросли являются единственными акторами в усвоении азота; анемон также играет важную роль в рециклинге этого дефицитного питательного вещества. Они формируют единый неразделимый мета-организм.

Исследование может лечь в основу создания лучших методов селекции и помочь в усилиях по сохранению рифовых экосистем. Команда расширяет работу, изучая симбиотические отношения у разных таксонов книдарий в различных экологических контекстах.