אבולוציה בפעולה? אברונים מקבעים חנקן עשויים להיות הקפיצה הגדולה הבאה של הטבע

חנקן הוא חומר תזונתי חיוני לכל החיים על פני כדור הארץ. למרות ריבוי גז החנקן (N2) באטמוספירה, הוא נותר כמעט בלתי נגיש לצורות חיים רבות עד שהוא עובר קיבוע חנקן. תהליך חיוני זה הופך דיניטרוגן לאמוניום, מקור חשוב לחנקן אנאורגני.

אמנם ישנם חיידקים המסוגלים להפחית דיניטרוגן לאמוניום, אך חוקרים מאוניברסיטת רוד איילנד, Institut de Ciències del Mar בברצלונה, אוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז, והמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס גילו אורגניזמים סימביוטיים מקבעי חנקן. התנהגויות דומות לאברונים. למעשה, חוקרים מציבים את האורגניזמים הסימביוטיים הללו – UCYN-A, א מִין של ציאנובקטריה – עשויות להיות מתפתחות מאפיינים דמויי אברון. המחקר שלהם פורסם לאחרונה בכתב העת תָא.

קשר סימביוטי והשלכותיו

UCYN-A חיים בקשר סימביוטי עם קבוצה קרובה של אצות ימיות, B. bigelowii, באזורים של האוקיינוס ​​הפתוח שלעתים קרובות דלים בחומרים מזינים. לרוב החיידקים הקובעים חנקן יש מנגנונים לוויסות השימוש בדיניטרוגן כאשר קיימים מקורות קבועים של חנקן, מה שמקל על העלות האנרגטית הגבוהה של תהליך זה. עם זאת, UCYN-A איבדו את הגנים המאפשרים זאת ומסוגלים לקבע גז חנקן לאמוניום אפילו בסביבות עשירות בחומרי מזון. המארח, בתורו, מספק לו פחמן מקובע באופן פוטוסינתטי על ידי הכלורופלסטים שלו.

המחקר מפרט כיצד חוקרים מצאו קשר גודל בין UCYN-A לתאי השותפים הסימביוטיים שלהם – תואם את יחסי הגודל בין אברונים אחרים למארחים שלהם. ככל שהאברונים גדלים, כך גם התאים המארח שלהם מתחלקים ומשתכפלים. מודלים מתמטיים חשפו את הפשרות המטבוליות המווסתות את גודל התא היחסי באמצעות רכישה והחלפה של חומרים מזינים.

נתיב אבולוציוני של אברונים מקבעים חנקן

"זה דורש הרבה אנרגיה וגם אלקטרונים כדי לתקן גז חנקן, כדי להפוך אותו למשהו שימושי", אמר Keisuke Inomura, עוזר פרופסור לאוקיאנוגרפיה בבית הספר לתארים מתקדמים לאוקיאנוגרפיה של URI ואחד המחברים הראשיים של המחקר. "אם UCYN-A נעים בנתיב האבולוציוני לקראת התפתחות לאברונים מקובעים חנקן ואנו מוצאים תאים מלבד B. bigelowii יש להם גם אברונים כאלה, או שהם מתפתחים באופן דומה, זה יכול להיות מחליף משחק".

בעוד שאברונים כמו מיטוכונדריה וכלורופלסטים נמצאים הרבה יותר קדימה בספקטרום האבולוציוני, חוקרים טוענים שמה שהם רואים עשוי להיות תמונת מצב של התהליך האבולוציוני של אברונים שמקורם בחיידקים שמקבעים חנקן.

"המחקר שלנו מתמקד בקשר סימביוטי הרבה יותר עדכני שהופיע לפני כ-100 מיליון שנה, ומאפשר לנו לחקור את האבולוציה של יצירת האברונים בשלביה המוקדמים", הסביר פרנסיסקו קורנג'ו, מחבר מוביל וחוקר פוסט-דוקטורט במחלקה ימית. ביולוגיה ואוקיאנוגרפיה ב-Institut de Ciències del Mar.

החוקרים מציינים, עם זאת, כי יש צורך במחקר נוסף כדי להוכיח אם זה המקרה.

"יחסי הגודל ההדוקים באופן מפתיע בין UCYN-A והמארח שלו יכולים להיות מוסברים על ידי כלכלת המשאבים של השותפים. זה מצביע על כך ש-UCYN-A עשוי להיות בדרך להפוך לאברון: האם זה כבר יכול להיות כך הוא הנושא של מחקר מתמשך", אמר מייקל ג'יי פוליגרס, פרופסור למדעי כדור הארץ, האטמוספירה והפלנטה ב- MIT וחבר בצוות המחקר.