Диатомовые водоросли всё-таки занимаются сексом, и аммоний создаёт им настроение

Новое исследование показывает, что вид диатомовых водорослей (одноклеточных водорослей), считавшийся бесполым, всё же размножается половым путём. Учёные выяснили, что именно распространённое соединение — аммоний (NH₄⁺) — вызывает у этих повсеместных организмов "настроение".

Результаты, опубликованные в PLOS One, могут стать ключом к пониманию эволюции полового поведения и имеют важное значение для биотехнологий.

"Наши открытия решают две загадки, которые мучили исследователей диатомей. Да, у них есть секс, и да, мы можем заставить их это делать", — заявила автор-корреспондент Кимберли Холси.

Диатомеи обладают большим потенциалом как источник биоэнергии и для биосенсорики. Их сложные кремниевые клеточные стенки также перспективны для нанотехнологий.

Существует более 200 000 видов диатомей. Они распространены повсеместно, формируя огромные цветения весной и осенью, которые помогают поддерживать морской углеродный цикл.

"Теперь, когда мы можем контролировать их половой путь, это открывает возможность скрещивать разные диатомеи с разными характеристиками. Мы сможем выводить их, как кукурузу или рис", — говорит Холси.

Исследователи из Университета штата Орегон изучили центрическую диатомею Thalassiosira pseudonana — модельный организм, чей геном секвенирован.

• Центрические диатомеи радиально симметричны (похожи на банку супа).
• Пеннатные диатомеи билатерально симметричны (удлинённые, как стручок гороха).

Ранее считалось, что T. pseudonana утратила способность к половому размножению. Однако команда Холси заметила изменения в морфологии клеток, связанные с половой активностью, и экспрессию генов, участвующих в сборке жгутиков, что характерно только для сперматозоидов.

"Эти одноклеточные организмы могут дифференцироваться на мужские и женские клетки, полностью меняя свою морфологию", — отметил ведущий автор, аспирант Эрик Мур.

Ранее попытки индуцировать половое размножение у центрических диатомей были ненадёжными. Однако команда обнаружила, что аммоний достоверно заставляет два штамма T. pseudonana и два других вида центрических диатомей изменять структуру клеток, производя яйцеклетки и сперматозоиды. Это происходит, когда аммоний присутствует, а по крайней мере один другой фактор роста (например, свет, фосфор или кремний) находится в дефиците.

Секвенирование РНК показало, что активность более 1200 генов диатомеи меняется при "запуске" полового процесса аммонием. Учёные предполагают, что в природе простейшие, поедающие диатомовые цветения, выделяют аммоний, который и запускает этот процесс.

"Конкретный набор факторов окружающей среды, заставляющий диатомеи заниматься сексом, ещё неизвестен. Но идентификация аммония как индуктора полового размножения открывает новые пути для исследований в области селекции и генетической модификации", — заключила Холси.