Proteinen eta azido nukleikoen biosintesiak nitrogenoa behar du , baina eukariotoek ez dute nitrogeno atmosferikorik eskuragarri sintesi organikorako. Prokarioto gutxi batzuek baino ez dute ( zianobakterioek , klostridioek , arkeaek , etab.) atmosferan ugari dagoen nitrogeno molekularra finkatzeko gaitasuna . Nitrogenoa finkatzen duten bakterio batzuk zelula eukariotoen barruan bizi dira harreman sinbiotikoan, endosinbionte gisa. Adibidez, Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) zianobakterioa Braarudosphaera bigelowii mikroalga unizelularraren endosinbionte bat da itsas sistemetan. Uste da fenomeno natural horrek funtsezko zeregina izan duela zelula eukariotoen organulu, mitokondrio eta kloroplastoen eboluzioan, bakterio endosinbiotikoak zelula eukariotoan integratuz. Duela gutxi argitaratutako ikerketa batean, ikertzaileek aurkitu zuten " UCYN-A " zianobakterioak Braarudosphaera bigelowii mikroalga eukariotoarekin estuki integratu zela eta endosinbionte batetik nitroplasto izeneko zelula eukarioto nitrogenoa finkatzen duen organulu batera eboluzionatu zuela. Horrek Braarudosphaera bigelowii mikroalga nitrogenoa finkatzen duen lehen eukarioto ezagun bihurtu zuen. Aurkikuntza honek nitrogeno atmosferikoa prokariotoetatik eukariotoetara finkatzeko funtzioa zabaldu du.
Sinbiosia, hau da, espezie ezberdinetako organismoak habitata partekatzen eta elkarrekin bizitzen dira, ohiko fenomeno naturala da. Harreman sinbiotikoko kideek elkarrengandik etekina atera dezakete (mutualismoa), edo batek onura egin dezake besteak kaltetu gabe jarraitzen duen bitartean (komensalismoa) edo batek besteari kalte egiten dion bitartean (parasitismoa). Erlazio sinbiotikoari endosinbiosi deritzo organismo bat bestearen barruan bizi denean, adibidez, zelula eukarioto baten barruan bizi den zelula prokarioto bat. Zelula prokariotoari, halako egoeran, endosinbionte deitzen zaio.
Endosinbiosiak (hau da, arbasoen zelula eukarioto batek prokariotoak barneratzea) zeregin erabakigarria izan zuen mitokondrioen eta kloroplastoen eboluzioan, zelula eukarioto konplexuagoen ezaugarri diren zelula-organuloak, bizi-forma eukariotoen ugalketan lagundu baitzuten. Proteobacterium aerobio bat arbasoen zelula eukariotoetan sartu zela uste da endosinbionte bihurtzeko, ingurunea gero eta oxigeno gehiago ari zenean. Proteobacterium endosinbionteak energia sortzeko oxigenoa erabiltzeko gaitasunari esker, ostalari eukariotoa ingurune berrian hazten joan zen, beste eukariotoak desagertu ziren bitartean oxigenoan aberatsa den ingurune berriak ezarritako hautapen negatiboaren presioagatik. Azkenean, proteobacterium ostalariaren sistemarekin integratu zen mitokondrio bihurtuz. Era berean, fotosintesi egiten duten zianobakterio batzuk arbasoen eukariotoetan sartu ziren endosinbionte bihurtzeko. Bere garaian, ostalari-sistema eukariotoarekin asimilatu ziren kloroplasto bihurtzeko. Kloroplastoak zituzten eukariotoek karbono atmosferikoa finkatzeko gaitasuna lortu zuten eta autotrofo bihurtu ziren. Karbonoa finkatzen duten eukariotoen eboluzioa arbasoetako eukariotoetatik inflexio-puntua izan zen lurreko bizitzaren historian.
Proteinen eta azido nukleikoen sintesi organikorako nitrogenoa beharrezkoa da, baina nitrogeno atmosferikoa finkatzeko gaitasuna prokarioto gutxi batzuetara mugatzen da (adibidez, zianobakterio batzuk, klostridioak, arkeoak eta abar). Ezagutzen diren eukariotoek ezin dute atmosferako nitrogenoa modu independentean finkatu. Nitrogenoa finkatzen duten prokariotoen eta hazteko nitrogenoa behar duten karbonoa finkatzen duten eukariotoen arteko erlazio endosinbiotiko mutualistak ikusten dira naturan. Halako adibide bat da Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) zianobakterioaren eta Braarudosphaera bigelowii mikroalgaren zelulabakarren arteko lankidetza itsas sistemetan.
Duela gutxiko ikerketa batean, Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) zianobakterioaren eta Braarudosphaera bigelowii mikroalga unizelularraren arteko harreman endosinbiotikoa ikertu zen X izpien tomografia leunaren bidez. Zelulen morfologiaren eta algaren zatiketaren bistaratzea zelula-ziklo koordinatu bat agerian utzi zuen, non zianobakterio endosinbionteak modu uniformean banatzen ziren, eukarioto batean kloroplastoak eta mitokondrioak zelula-zatiketa zehar zatitzen diren bezala. Zelulen jardueretan parte hartzen duten proteinen azterketak agerian utzi zuen horien zati handi bat algen genomak kodetzen zuela. Honen barruan biosintesia, zelulen hazkuntza eta zatiketa egiteko ezinbestekoak diren proteinak zeuden. Aurkikuntza hauek iradokitzen dute zianobakterio endosinbionteak ostalariaren sistema zelularrarekin estuki integratu zirela eta endosinbionte izatetik ostalariaren zelularen organulu oso izatera igaro zirela. Ondorioz, ostalari alga-zelulak nitrogeno atmosferikoa finkatzeko gaitasuna eskuratu zuen hazkuntzarako beharrezkoak diren proteinak eta azido nukleikoak sintetizatzeko. Organulu berriari nitroplasto izena jarri diote nitrogenoa finkatzeko duen gaitasunagatik.
Horrek Braarudosphaera bigelowii mikroalga zelulabakar bihurtzen du nitrogenoa finkatzen duen lehen eukariotoa. Garapen honek ondorioak izan ditzake nekazaritzan eta ongarri kimikoen industrian epe luzera.
***
References:
- Coale, TH et al. 2024. Nitrogenoa finkatzeko organulua itsas alga batean. Zientzia. 11ko apirilak 2024. 384. liburukia, 6692. alea 217-222 orr. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk1075
- Massana R., 2024. Nitroplastoa: nitrogenoa finkatzen duen organulua. ZIENTZIA. 11ko apirilaren 2024. 384. liburukia, 6692. alea. 160-161 orr. DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado8571
***
 have the ability to fix the molecular nitrogen abundantly available in the atmosphere. Some nitrogen-fixing bacteria live inside eukaryotic cells in symbiotic relation as endosymbionts. For example, the cyanobacteria Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) is an endosymbiont of the of the unicellular microalgae Braarudosphaera bigelowii in marine systems. Such natural phenomenon is thought to have played a crucial role in evolution of eukaryotic cell organelles mitochondria and chloroplasts through integration of endosymbiotic bacteria to the eukaryotic cell. In a recently published study, researchers found that the cyanobacteria UCYN-A had closely integrated with the eukaryotic microalgae Braarudosphaera bigelowii and evolved from an endosymbiont to nitrogen-fixing eukaryotic cell organelle called nitroplast. This made microalgae Braarudosphaera bigelowii the first known nitrogen-fixing eukaryote and expanded the function of fixation of atmospheric nitrogen from prokaryotes to eukaryotes.){kind=link}