Ontdekking van buitengewone mariene symbiose lost een van de grote mysteries van de oceaan op

Het is een van de grote mysteries die mariene biologen nog steeds onderzoeken: hoe verkrijgen zeeplanten, buiten de oceaangebieden die rijk zijn aan cyanobacteriën, stikstof in een vorm die ze kunnen absorberen?

Er was een grote oceanografische expeditie van de Duitse kust naar de tropen van de Noord-Atlantische Oceaan en vier jaar DNA-analyses voor nodig om het mysterie op te lossen. Het antwoord werd onthuld door een onderzoek gepubliceerd door het tijdschrift natuur (9 mei 2024), kan in één woord worden samengevat: solidariteit.

Deze nauwe verbinding tussen twee organismen heeft bijgedragen aan de vorming van de planeet zoals we die nu kennen, van koralen (een symbiose tussen koraal en zoöxanthellenalgen) tot mycorrhiza, het zachte ligament dat leven geeft aan onze bodem (een symbiose tussen schimmels en plantenwortels). . En nu vindt hij een nieuwe illustratie.

De rest staat onder deze advertentie

“Detective werk”

Nadat ze in 2020 de Duitse kust hadden verlaten op twee schepen met bestemming de tropen, verzamelde het team onder leiding van onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie enkele honderden liters zeewater. In dit enorme monster moesten ze eerst de genetische codering bepalen voor het co-enzym van een organisme. In biologische stikstoffixatie, en vervolgens stap voor stap de rest van het genoom reconstrueren van het onbekende organisme dat zijn vermogen heeft bewezen om deze chemische transformatie uit te voeren.

“Het was lang en nauwgezet speurwerk.”Bernhard Czczko, eerste auteur van de studie en expert in bio-informatica, meent (Ik heb gerapporteerd), “Maar uiteindelijk loste het genoom veel mysteries op. We wisten dat het stikstofgen afkomstig was van bacteriën die verwant waren aan (het geslacht) Vibrio, maar onverwachts was hetzelfde organisme nauw verwant aan (de bacteriën) Rhizobia die in symbiose leven met Peulvruchten“.

De rest staat onder deze advertentie

In feite, op het droge, bacteriën van het geslacht Rhizobium Ze worden aangetroffen in symbiose met de wortels van peulvruchten, zoals bonen of erwten, op het niveau van kleine zwellingen die “knobbeltjes” worden genoemd. In ruil voor de stikstof die door zijn cellen wordt opgenomen, voorziet de plant zijn kleine symbiont van energie en van een zuurstofarme omgeving die zijn activiteit bevordert.

Maar welke gastheer in de oceaan kan deze kostbare stikstofbinders herbergen? Met behulp van fluorescerende tags die op deze bacteriën werden aangebracht, ontdekten de auteurs van het onderzoek dat ze zich in diatomeeën bevinden: microscopisch kleine algen die deel uitmaken van de samenstelling van plankton. Volgens hen is dat zo “De eerste bekende symbiose tussen een diatomee en een andere stikstoffixer dan cyanobacteriën.”

De rest staat onder deze advertentie

Vroeg stadium van integratie?

Symbiotische bacteriën, die de (voorlopige) naam kregen van Candidatus Tectiglobus diatomicolaontvangt het koolstof van de algen in ruil voor een vorm van stikstof waarmee het kan worden opgenomen… en niet slechts een klein beetje ervan zelfs!

“Om de groei van diatomeeën te ondersteunen, leggen de bacteriën 100 keer meer stikstof vast dan ze voor zichzelf nodig hebben.”details Wiebke Mohr, co-auteur van de studie.

Door hun terugkeer naar de zee hebben wetenschappers deze nieuwe symbiose over de hele wereld ontdekt, vooral in gebieden waar weinig cyanobacteriën voorkomen. Dit lijkt de cruciale rol te bevestigen die deze nauwe alliantie speelt in het functioneren van het mariene ecosysteem, dat de helft van de kooldioxide absorbeert die wordt uitgestoten door menselijke activiteiten, waardoor het fenomeen van de opwarming van de aarde gedeeltelijk wordt beperkt.

De rest staat onder deze advertentie

Bovendien merken de onderzoekers op dat deze symbiose tussen bacteriën en diatomeeën het vroege stadium zou kunnen vormen van de fusie tussen twee organismen om er slechts één te vormen, waarbij de kleinere transformeren in een eenvoudig organel, of cellulair compartiment, binnen de grotere. Het is een proces dat feitelijk plaatsvond tijdens de evolutie en aanleiding gaf tot de mitochondriën, de ‘energiefabrieken’ in onze cellen, en tot chloroplasten, de plaatsen van fotosynthese in planten.