Ugunduzi wa Nitroplast ya Seli ya Kurekebisha Nitrojeni katika Mwani wa Eukaryotic   

Usanisinuru wa protini na asidi ya kiini unahitaji nitrojeni hata hivyo nitrojeni ya angahewa haipatikani kwa yukariyoti kwa ajili ya usanisi wa kikaboni. Ni prokariyoti chache tu (kama vile cyanobacteria , clostridia , archaea n.k.) zenye uwezo wa kurekebisha nitrojeni ya molekuli inayopatikana kwa wingi katika angahewa . Baadhi ya bakteria wanaorekebisha nitrojeni huishi ndani ya seli za yukariyoti katika uhusiano wa kutegemeana kama endosymbionti. Kwa mfano, cyanobacteria Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) ni endosymbionti ya mwani mdogo wa seli moja Braarudosphaera bigelowii katika mifumo ya baharini. Jambo kama hilo la asili linadhaniwa kuwa na jukumu muhimu katika mageuzi ya organelles za seli za yukariyoti , mitochondria na kloroplasti kupitia ujumuishaji wa bakteria ya endosymbioti kwenye seli ya yukariyoti. Katika utafiti uliochapishwa hivi karibuni, watafiti waligundua kuwa cyanobacteria " UCYN-A " ilikuwa imeunganishwa kwa karibu na microalgae ya yukariyoti Braarudosphaera bigelowii na ikabadilika kutoka endosymbiont hadi organelle ya seli ya yukariyoti inayorekebisha nitrojeni inayoitwa nitroplast. Hii ilifanya microalgae Braarudosphaera bigelowii kuwa yukariyoti ya kwanza inayojulikana inayorekebisha nitrojeni. Ugunduzi huu umepanua kazi ya urekebishaji wa nitrojeni ya angahewa kutoka kwa prokariyoti hadi yukariyoti.

Symbiosis yaani, viumbe vya spishi tofauti zinazoshiriki makazi na kuishi pamoja, ni jambo la kawaida la asili. Washirika katika uhusiano wa ulinganifu wanaweza kufaidika kutoka kwa kila mmoja wao (kuheshimiana), au mmoja anaweza kufaidika huku mwingine akibaki bila kuathiriwa (commensalism) au faida moja huku mwingine akidhurika (parasitism). Uhusiano wa symbiotic huitwa endosymbiosis wakati kiumbe kimoja kinaishi ndani ya kingine, kwa mfano, seli ya prokaryotic inayoishi ndani ya seli ya yukariyoti. Seli ya prokaryotic, katika hali kama hiyo, inaitwa endosymbiont.  

Endosymbiosis (yaani, kuingizwa ndani kwa prokariyoti na chembe ya yukariyoti ya babu) ilichukua jukumu muhimu katika mageuzi ya mitochondria na kloroplasts, tabia ya seli ya seli changamano zaidi ya yukariyoti, ambayo ilichangia katika kuenea kwa aina za maisha ya yukariyoti. Proteobacterium ya aerobic inadhaniwa kuwa iliingia kwenye seli ya yukariyoti ya babu na kuwa endosymbiont wakati ambapo mazingira yalikuwa yanazidi kuwa na oksijeni tajiri. Uwezo wa endosymbiont proteobacterium kutumia oksijeni kutengeneza nishati uliruhusu yukariyoti mwenyeji kustawi katika mazingira mapya huku yukariyoti nyingine zikitoweka kutokana na shinikizo la uteuzi hasi lililowekwa na mazingira mapya yenye oksijeni. Hatimaye, proteobacterium iliyounganishwa na mfumo wa mwenyeji na kuwa mitochondrion. Vile vile, baadhi ya cyanobacteria ya photosynthesising iliingia kwenye yukariyoti ya babu na kuwa endosymbiont. Kwa wakati ufaao, walishirikiana na mfumo wa mwenyeji wa yukariyoti na kuwa kloroplast. Eukaryoti zilizo na kloroplast zilipata uwezo wa kurekebisha kaboni ya anga na ikawa autotrophs. Mageuzi ya yukariyoti za kurekebisha kaboni kutoka kwa yukariyoti ya mababu ilikuwa hatua ya mabadiliko katika historia ya maisha duniani. 

Nitrojeni inahitajika kwa usanisi wa kikaboni wa protini na asidi nucleic hata hivyo uwezo wa kurekebisha nitrojeni ya anga ni mdogo tu kwa prokariyoti chache (kama vile cyanobacteria, clostridia, archaea nk). Hakuna eukaryoti inayojulikana inaweza kurekebisha nitrojeni ya anga kwa kujitegemea. Uhusiano wa kuheshimiana endosymbiotic kati ya prokariyoti za kurekebisha nitrojeni na yukariyoti za kurekebisha kaboni ambazo zinahitaji nitrojeni kukua huonekana katika asili. Mfano mmoja kama huo ni ushirikiano kati ya cyanobacteria Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) na mwani wa unicellular Braarudosphaera bigelowii katika mifumo ya baharini.  

Katika utafiti wa hivi karibuni, uhusiano wa endosymbiotiki kati ya cyanobacteria Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) na microalgae ya unicellular Braarudosphaera bigelowii ulichunguzwa kwa kutumia tomografia laini ya eksirei. Taswira ya mofolojia ya seli na mgawanyiko wa mwani ilifunua mzunguko wa seli ulioratibiwa ambapo cyanobacteria ya endosymbionti iligawanyika sawasawa jinsi kloroplasti na mitochondria katika yukariyoti hugawanyika wakati wa mgawanyiko wa seli. Utafiti wa protini zinazohusika katika shughuli za seli ulionyesha kuwa sehemu kubwa yao ilisimbwa na jenomu ya mwani. Hii ilijumuisha protini muhimu kwa ajili ya usanisi wa kibiolojia, ukuaji wa seli, na mgawanyiko. Matokeo haya yanaonyesha kwamba cyanobacteria ya endosymbionti ilikuwa imeunganishwa kwa karibu na mfumo wa seli mwenyeji na ilibadilika kutoka endosymbionti hadi ogani kamili ya seli mwenyeji. Kwa hivyo, seli ya mwani mwenyeji ilipata uwezo wa kurekebisha nitrojeni ya angahewa kwa ajili ya usanisi wa protini na asidi za kiini zinazohitajika kwa ukuaji. Organelle mpya inaitwa nitroplast kutokana na uwezo wake wa kurekebisha nitrojeni.

Hii inafanya mwani mdogo wa seli moja Braarudosphaera bigelowii kuwa yukariyoti ya kwanza inayorekebisha nitrojeni. Maendeleo haya yanaweza kuwa na athari kwa kilimo na tasnia ya mbolea ya kemikali kwa muda mrefu.

*** 

Marejeo:  

1. Coale, TH et al. 2024. Oganelle ya kurekebisha nitrojeni katika mwani wa baharini. Sayansi. 11 Apr 2024. Vol 384, Toleo la 6692 uk. 217-222. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk1075 

2. Massana R., 2024. Nitroplast: Chombo cha kurekebisha nitrojeni. SAYANSI. 11 Aprili 2024. Vol 384, Toleo la 6692. uk. 160-161. DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado8571  

***