Organismo eukariotoek, hau da, izaki bizidun guztiek prokariotoek salbu (bakterioak eta arkeoak), endosinbiosiari zor diote beren existentzia eta eboluzioa. Sinbiosia elkarrekiko onurarako organismoen asoziazioa da. Endosinbiosi deltzen zaio aldiz, organismo horietako bat bestearen barruan bizi eta ugaltzen denean.
Endosinbiosia erlatiboki maiz gertatzen da naturan. Adibide argiak izan daitezke gure hesteetako mikrobiotako bakterioak, edo koralen barruan bizi diren zooxantela fotosintetikoak; azken horiek mantenugaiak jasotzen dituzte koralengandik eta karbohidratoak ematen dizkiete trukean.
Lynn Margulis biologo handiak 1967. urtean proposatu zuen endosinbiosia zelula eukariotoen jatorriaren atzean dagoela. Biologoaren arabera, prokarioto zahar bat bakterio heterotrofoekin —materia organikoa oxidatzeko gai direnak— asoziatu zen. Eta asoziazio hori, duela 2000 milioi urte inguru gertatutakoa, trinkotu egin zen gerora. Hartara, bakterioek libre bizitzeko gaitasuna galdu zuten eta mitokondria bihurtu ziren, gure zelulek behar duten energia sortzen duten organuluak. Eta bigarren endosinbiosi prozesu batek, duela 1500 milioi urte, eurokarioto bat asoziatu zuen zianobakterio fotosintetikoekin, zeinak argiaren energia erabiliz materia organikoa sortzeko gai diren. Bakterio horiek organulu zelularrak osatu zituzten gero, kloroplastoak. Eta, horrela, algek eta landare berdeek konposatu organikoak sintetizatzeko argia erabiltzeko gaitasuna eskuratu zuten.
Bi gertakari ebolutibo horiek gertatu izan ez balira, ezin dugu imajinatu nolakoa izango litzatekeen gure planetako izaki bizidunen eboluzioa. Endosinbiosiaren bitartez organulu zelularrak sortzeak potentzial ebolutibo izugarria du, eta galde diezaiokegu gure buruari zergatik ez ote den gehiagotan gertatu. Ba errealitatea da gertatu izan dela, gutxienez beste bitan[1]. Aldi horietako batek —jarraian landuko duguna— ahalbidetu du, lehen aldiz, eukarioto batek nitrogeno atmosferikoa finkatzea.
Baina deskubrimendu zoragarri hori azaldu aurretik, argitu behar dugu ur gezako ameba xume bat, Paulinella chromatophora, fotosintetikoa bihurtu dela duela gutxiko endosinbiosi prozesu bati esker. Hori gertatu da denboraren poderioz (120 milioi urte inguru) kromatoforo izeneko organulu zelular bilakatu den zianobakterio batekin asoziazioa egin duelako. Berriro azpimarratu nahi dut organismo fotosintetikoen beste organismo batzuekiko asoziazio sinbiotikoa nahiko ohikoa dela; adibidez, aurretik adierazitako koralen kasua. Baina Paulinellaren kasua bestelakoa da. Organulu zelular baterako trantsizioak berekin dakar asoziatutako organismoak bizi askerako gaitasuna galdu eta bere zikloa ostalariarenari egokitu duela. Hartara, haren menpe dago, baita genetikoki ere, eta molekulak eta geneak ere trukatzen ditu ostalariarekin. Horixe bera da mitokondriekin, kloroplastoekin eta Paulinellaren kromatoforoekin gertatzen dena. Eta hori gertatzen da ere Braarudosphaera bigelowii izeneko alga zelulabakarrarekin. Organismo ñimiñoa da, baina nitrogeno atmosferikoa finkatzeko gai den lehen eukariotoa da.
Gogoratu dezagun materia organikoa, batik bat, karbonoz, hidrogenoz eta oxigenoz osatzen dela. Proteinek, aminoazido-katez osatutakoak, nitrogenoa ere behar dute. Karbonoa, oxigenoa eta hidrogenoa airean daude eskuragarri (karbono dioxido gisa, besteak beste), baita uretan ere. Fotosintesia, hain zuzen ere, karbono atmosferikoa molekula organikoetan finkatzean datza. Eta, azaldu dugun moduan, landareek gaitasun hori dute endosinbiosiari esker. Nitrogeno ugari ere badago atmosferan, baina ez da oso erreaktiboa. Biosferan txertatzeko oxigenoa edo hidrogenoa bezalako beste atomo batzuekin konbinatu behar da. Eta lan hori bakterioen taldeko askok egin dezakete, hala nola lekaleen sustraietara asoziatzen direnek edo zianobakterioek beraiek. Baina eukariotoak ez dira gai lan garrantzitsu hori egiteko.
B. bigelowii alga txikiak ordea, nitrogenoa finkatu dezake. Zianobakteriotzat jotako organismo batekiko endosinbiosiari esker egin dezake hori: Atelocyanobacterium thalassa edo UCYN-A. Baina asoziazio horri buruzko ikerketa berri batek —Science aldizkariko azalean agertu dena—, erakutsi du UCYN-A horrek baldintza guztiak betetzen dituela organulu zelulartzat jotzeko, eta ez dela endosinbionte bat. Azpimarratu beharra dago Cell aldizkariko artikulu batean aurreikusi zutela jada, Bartzelonako Itsas Zientzien Institutuko (CSIC) ikertzaile baten zuzendaritzapean.
Beste zianobakterio batzuena ez bezala, UCYN-Aren genoma oso murritza da (1.44 Mb) eta ez dauzka fotosintesirako edo Krebsen ziklorako ezinbestekoak diren geneak. Hortaz, ezin da independenteki bizi. Karbono konposatuak jasotzen ditu ostalariaren eskutik, eta, trukean, finkatutako nitrogenoa ematen dio. Bestetik, haren zikloa B. bigelowiiren ziklo zelularraren barruan txertatuta dago.Alga hori zatiketa zelular bidez ugaltzera doanean, lehendabizi mitokondriak zatitzen dira, ondoren UCYN-A bera eta, azkenik, nukleoa eta kloroplastoak. Horrez gain, ostalariaren geneek UCYN-Aren inportaziorako bereziki markatutako proteinak sintetizatzen ditu, ekarpen horren menpe baitago erabat.
Science aldizkariko artikuluko egileek proposatzen dute UCYN-A organulu berritzat hartzeko, zeinetarako nitroplasto izena proposatu duten. Nitroplastoa sorrarazi zuen endosinbiosi prozesua “soilik” duela 100 milioi urte inguru gertatu zen; hau da, mitokondriak eta kloroplastoak sorrarazi zituztenak baino duela askoz gutxiagokoa da. Halaber, etorkizunerako agertoki estimulatzailea ere proposatu dute. Alga arreak eta beste organismo batzuk bigarren mailako endosinbiosiaren ondorioz fotosintetiko bihurtu ziren modu berean, baliteke etorkizuneko eboluzioaren ondorioz, alga edo landare batzuek nitrogenoa finkatzeko gaitasuna garatu ahal izatea bigarren mailako sinbiosiaren bidez, B. bigelowii edo antzeko beste organismoren batekin. Beste aukera bat litzateke UCYN-A motako organuluak artifizialki ezarri ahal izatea nekazaritzaren alorrerako interesgarriak diren landareetan; horiek horrela, ez lukete ongarririk behar nitrogenoaren ekarpena jasotzeko.
Oharra:
[1] Lehen mailako endosinbiosiari buruz mintzatzen ari gara esklusiboki. Bigarren mailako endosinbiosi kasuak daude; hala nola, kloroplastoen eramaile diren alga gorriekin sinbiosia egin zuten alga arreak.
Erreferentzia bibliografikoak:
Lhee, Duckhyun; Lee, JunMo; Ettahi, Khaoula; Cho, Chung Hyun; Ha, Ji-San; Chan, Ya-Fan; Zelzion, Udi; Stephens, Timothy G.; Price, Dana C.; Gabr, Arwa; Nowack, Eva C. M.; Bhattacharya, Debashish; Yoon, Hwan Su (2021). Amoeba Genome Reveals Dominant Host Contribution to Plastid Endosymbiosis. Molecular Biology and Evolution, 38(2), 344–357. DOI: 10.1093/molbev/msaa206
Coale, Tyler H.; Loconte, Valentina; Turk-Kubo, Kendra A.; Vanslembrouck, Bieke; Kwan, Wing; Mak, Esther; Cheung, Shunyan; Ekman, Axel; Chen, Jian-Hua; Hagino, Kyoko; Takano, Yoshihito; Nishimura, Tomohiro; Adachi, Masao; Le Gros, Mark; Larabell, Carolyn; Zehr, Jonathan P. (2024). Nitrogen-fixing organelle in a marine alga. Science, 384(6692), 217-222. DOI: 10.1126/science.adk1075
Cornejo-Castillo, Francisco M.; Inomura, Keisuke; Zehr, Jonathan P.; Follows, Michael J. (2024). Metabolic trade-offs constrain the cell size ratio in a nitrogen-fixing symbiosis. Cell, 187(7), 1762-1768. DOI: 10.1016/j.cell.2024.02.016
Egileaz:
Ramón Muñoz-Chápuli Oriol Animalien Biologiako Katedraduna (erretiratua) da Malagako Unibertsitatean.
Jatorrizko artikulua Cuaderno de Cultura Científica blogean argitaratu zen 2024ko maiatzaren 6an: Nitroplasto, un nuevo orgánulo generado por endosimbiosis.
Itzulpena: UPV/EHUko Euskara Zerbitzua.