До недавнего открытия исследовательской лабораторией Университета Монтаны считалось, что цикады имеют симбиотические отношения с двумя важными бактериями, которые живут в клетках их тела. Поскольку насекомое ест простую диету, состоящую исключительно из сока растений, оно полагается на эти бактерии, чтобы производить питательные вещества, необходимые для выживания.
Взамен эти две бактерии, Hodgkinia и Sulcia, комфортно живут внутри цикады. Поскольку все трое разделяют роли в питании, выживание каждого члена симбиоза полностью зависит от других.
Итак, где же эта бактерия третьего колеса вступает в игру??
Именно на это и наткнулись микробиолог из Университета штата Вашингтон Джон Маккатчеон и его коллеги, когда они начали углубляться в последовательность генома основных бактерий. Вместо двух бактериальных симбионтов они фактически идентифицировали три. Сульсия, как и ожидалось, все еще была там, но они нашли два разных вида Ходжкинии.
То, что раньше считалось трехсторонним или трехсторонним симбиозом, теперь оказалось, на самом деле, четырехсторонним симбиозом.
Их работа была опубликована в августе.
В 28 выпуске научного журнала Cell в статье под названием «Симпатрическое видообразование у бактериального эндосимбионта получается два генома с функциональностью одного."
Исследователи обнаружили, что Hodgkinia слегка усложнилась в том, что Маккатчеон объяснил как событие видообразования, в котором исходная линия разделилась, чтобы произвести два отдельных, но взаимозависимых вида Hodgkinia.
«Мы просто этого не ожидали», — сказал Маккатчен об этом открытии. "Я думал, что мой ученик ошибся, но он доказал мою неправоту."
Требовалось зоркое зрение, чтобы определить, что на самом деле было двумя отдельными версиями бактерий, которые действовали как одна.
«Когда мы посмотрели на гены, они явно были тесно связаны друг с другом», — сказал Маккатчен. "Если бы в одной версии Hodgkinia был сломанный ген, он был бы полным и функциональным в другой, и наоборот. Таким образом, функциональные гены каждого из них, работая вместе, кажется, действуют как единое целое."
Поскольку они завершены только тогда, когда работают в команде, они полагаются друг на друга так же, как Sulcia и, в конечном счете, цикада зависят от их вклада в симбиотическую экосистему.
«Это обязательный симбиоз — все живущие там организмы нуждаются друг в друге», — сказал Маккатчен. "Мы показали, что то, что когда-то было трехсторонним симбиозом, теперь стало четырехсторонним симбиозом."
Это неожиданное открытие вызвало интерес у Маккатчеона, который полагает, что это эволюционное развитие является результатом «небрежности и случайности»."Однако эта случайная эволюция может ответить на некоторые вопросы о том, как другие организмы эволюционировали и со временем стали более сложными.
Развитие Ходжкинии очень похоже на развитие некоторых органелл.
По сути, органеллы для клеток — это то же самое, что орган для человеческого тела. Митохондрии наших собственных клеток представляют собой органеллы и, как и Ходжкина, происходят от симбиотических бактерий.
В случае цикады событие видообразования Ходжкинии добавило нового члена в симбиотическую команду, но не добавило никаких новых функций симбиозу. Маккатчеон пишет в статье, что «этот процесс аналогичен тому, что наблюдается в некоторых органеллах, где массивные расширения генома приводят к небольшому, если вообще наблюдаемому увеличению функции."
Понимание развития органелл имеет фундаментальное значение для понимания развития жизни. Поскольку органеллы возникли так давно, невозможно отследить конкретные события, которые позволили органелле стать такой, какой она является сегодня.
Изучая эволюцию Ходжкинии, исследователи в лаборатории Маккатчеона надеются получить представление о легендарном прошлом органелл, история которых с тех пор была стерта.