こんにちはHabr！ 最近、私はこの奇跡、「光合成」軟体動物に出会い、植物ではなく光合成について書くことにしました。 私はすぐにあなたに警告します、テキストはわずかなユーモアといくつかの場所で軽薄です。
簡単にするために、定義から始めます。 光合成は、身体に吸収された光のエネルギーを有機（および無機）化合物の化学エネルギーに変換するプロセスです。
植物とシアノバクテリアには光合成能力がありますが、動物にはないため、食物源、つまり調製された有機化合物に厳密に依存しています。 そして、動物が合成する方法を学ぶのはどれほど魅力的でしょうか...緑色の鶏、牛の群れを想像してください...太陽の後に急いで、その光線で泳いでいる学生...日光以外はほとんど何も必要としません。 フィクションですね。
しかし、進化の過程で、同様の生物がすでに発生しています。 ある生物の細胞に別の生物の細胞を導入するプロセスがあり（光合成を含む）、そこに定着して内部共生生物になりました。 真核細胞と藍藻の間の内部共生は、約15億年前に発生しました。 その後、現代の葉緑体の最初の類似体が登場しました。
面白い瞬間。 一部の光合成生物の祖先は、シアノバクテリアと共生することはありませんでした-彼らは藻類から光合成をしながら藻類細胞を吸収しました。 この現象は「二次内共生」と呼ばれます。 それは、2つ以上の膜とその重要性を失った強く減少した核（核形態）のいくつかの生物の葉緑体のシェルでの存在を説明します。 そのような生物の典型的な代表は、緑藻類藻類（緑藻類）です。 内共生は三次的なこともあり、あまり頻繁ではありません。 しかし、これは今では重要ではありません。
動物の光合成
内共生生物（シアノバクテリア、微細藻類またはそれらの機能的に活性な葉緑体）は、軟体動物、スポンジ、サンゴ、イソギンチャク、ヒドラス、ワーム、およびホヤで発見されました。 そして、昇順で開始します。 共生生物の最小限の使用から、生涯を養う人々まで。
作成する試み
10年以上にわたり、彼らはそのような共生を生み出そうとしている。 記載されているYu.S. チェチェン実験では、葉緑体は飲作用によってマウスの線維芽細胞に導入され、免疫系による攻撃を受けず、そのままで、5世代にわたる光合成能力を保持しました。 人工栄養培地で葉緑体を培養する試みが行われました。葉緑体は光合成プロセスとRNA合成を行い、約100時間無傷で、約24時間分裂する能力を保持していました。
しかし、混合栄養生物を作成するために高等植物の葉緑体を使用することは無駄なアプローチと見なされるべきです。 結局、彼らは彼らのゲノムのほとんどを失い（核に移されて）、宿主細胞から孤立して長い間存在することができません。
たとえば、RuBisCo酵素（リブロース-ビスリン酸カルボキシラーゼ）を使用します。これは、リブロース-1,5-ビスリン酸への二酸化炭素の添加を触媒し、カルビンサイクルを開始します。 これは、光合成の暗黒期で最も重要な酵素です。 それは、大小の2つのサブユニットで構成されています。 緑藻類および高等植物では、大きなサブユニットは色素体ゲノムによってコードされ、小さなサブユニットは核ゲノムによってコードされます。 そのため、宿主細胞の核がなければ、葉緑体を伸ばすことはできません。
しかし、成功しているイストリアが1つあります。 これらの 人々は、好熱性シアノバクテリアSynechococcus elongatusをマクロファージ細胞に導入し、その中で分裂プロセスを開始することさえできました。 同様に、彼らはダニオ・レリオの胚にそれらを導入し、これらの魚を成体に育てました。 実験の可視化は、蛍光タンパク質の合成をコードする遺伝子がシアノバクテリアに事前に導入され、ダニオ稚魚が透明で水槽内で十分に生き残るという事実によって保証されました。 バクテリア
死ぬことはありませんでしたが、魚自体またはその栄養の発達を変えるために、かなりの量のエネルギーと物質を与えることができませんでした。
蛍光シアノバクテリア細胞は赤でマークされています。
自然な例
黄色斑点アンビストマ
Salmonander caviar Ambystoma maculatumの緑色は、共生藻類Oophila ambistomatisの存在によるものです 。 藻類は、胚の窒素交換の産物を吸収し、光合成から生じる酸素を与えます。 さらに、ふくらはぎの藻類ミトコンドリアの細胞の位置の近接によって示されるように、炭水化物の交換がそれらの間で起こり得る。 [ 詳細に興味のある記事へのリンクはこちら]
ハイドラグリーン
Hydra viridissimaは、ズクロレラと共生します。 その細胞内に住むズークロレラは、自由生活生物の32倍の速度で分裂します。これは、成長の阻害に関連しています。 Hydraは、細胞から過剰な共生生物を消化または排出することができますが、これは実験室条件でのみ観察されます。
非光合成ヒドラは、光合成ヒドラよりも速く分裂し、大きく成長することが示されています。 これは、緑のヒドラの成長とズークロレルの成長を調整し、活動を制御する必要があるためです。 それらは、宿主細胞のサイズを増加させ、藻類の成長と発達のためのより多くのスペースを作成する阻害剤の数と比較して、比較的少数の成長活性化剤によって特徴付けられます。 内部因子は、大きなヒドラでの安定した内部共生が不可能になるように相互作用します。
ナメクジ
そして、私たちは最も興味深い仲間に来ました。 実際、1つのナメクジから遠く離れて、光合成を「行う」ことができます。 Conchoidea、Stiligeroidea、Elysioideaなどのさまざまな分類群の代表者がこれを行うことができます。
ページ上部の写真のキューティーハニーは5mmのコスタシエラクロシマエです。 彼と知り合いになりたいなら、あなたは沖縄にいます。 しかし、彼はその種のナメクジだけではなく、最も研究されていません。 もう1つ-Elysia chloroticaがあります。 彼は彼の親thanより少し大きく（6 cmまで）、アメリカとカナダの大西洋岸に住んでいます。 そして、ここで詳細に説明します。
彼は、彼の前任者のように、誇り高いウミウシです。
彼はkleptoplasty-藻類細胞からの細胞小器官の吸引中に葉緑体を受け取ります。 若いナメクジは独立して約2週間Vaucheria litorea藻を食べますが、葉緑体はそれらを消化しませんが、分岐した腸の細胞に沈着します。 その後、ナメクジは食べるのをやめ、光エネルギーの使用に完全に切り替わります。 実験室の条件では、「葉緑体の首」に彼の生涯を掛けることができます。 これは約8〜9か月です（軽くて二酸化炭素が利用可能な場合）
不利な期間の場合、または暗闇の中で、彼は葉緑体を消化することができます、そして、彼は再び藻からそれらを抽出しなければなりません。
水平遺伝子導入のおかげで...
したがって、水平転送があり、垂直転送があります。 垂直は、祖先の体から子孫の体への遺伝子の伝達であり、水平は、ネポトムの体への伝達である。 つまり、お母さんとお父さんからあなたまで-垂直。 バクテリアは他人のDNAを食べ、それを水平に構築しました。
...そのため、 Elysia chloroticaは、水平移動だけで吸収された色素体の機能を長時間維持することができます。 たとえば、クロロフィルaおよびbを独立して合成します。
通常、プラスチドとミトコンドリアのタンパク質の80〜90％は核ゲノムにコードされています。 したがって、それらは宿主細胞の核なしでは長期間生存できません。 しかし、ずるいナメクジは、明らかに、藻類ゲノムから必要な遺伝子を「借り入れ」、 それをそれ自体に非常に発現します 。 少なくともこれは、葉緑体の「移動」（植物細胞核の関与なしでは不可能である）の8ヶ月後でも、光吸収成分の高レベルの転写および翻訳によって証明されています。
結論として、悲しいことについて。 彼の人生は見た目ほど幸せではありません。 繁殖後、彼らは死にます。 その細胞に住んでいるウイルスの活動によるもの。
ここにそのような物語があります。 良い週を過ごし、昨年の秋の日は暖かく過ごす
光合成の栄光！