Новая работа, опубликованная в Nature Communications командой, в которую входят Тингтинг Сян из Карнеги, Софи Клоуз, Рик Ким и Артур Гроссман, показывает, как морские анемоны, которые тесно связаны с кораллами, контролируют размер своих популяций водорослей, обитающих в их тканях.
Как и кораллы, анемоны содержат фотосинтетические водоросли, которые могут преобразовывать энергию Солнца в химическую энергию. Водоросль разделяет некоторые из сахаров, которые она производит, с ее хозяевами анемона или коралла, которые, в свою очередь, обеспечивают водоросль другими необходимыми питательными веществами, такими как углекислый газ, фосфор, сера и азот.
Молекулярные механизмы, лежащие в основе этих отношений, остаются загадочными.
«Мы стремимся понять точные взаимодействия между водорослями и их хозяином, потому что, если популяции водорослей внутри хозяина исчезнут – как это происходит во время событий обесцвечивания, вызванных потеплением или загрязнением океана – кораллы и анемоны теряют доступ к жизненно важным средствам существования и могут не уметь выжить. С другой стороны, безудержный рост популяции симбиотических водорослей может перегрузить метаболизм хозяев и сделать их восприимчивыми к болезням."Гроссман объяснил. "Мы хотим понять, как кораллы и анемоны поддерживают баланс, что может помочь нам помочь рифовым сообществам, находящимся под угрозой исчезновения."
Исследователи, включая Эрика Ленерта из Стэнфордского университета, Яна ДеНофрио и Джона Прингла, а также Роберта Джинкерсона из UC Riverside, показали, что ограничение подачи общего азота является ключом к способности анемона контролировать размер своей симбиотической популяции водорослей.
Команда продемонстрировала, что по мере того, как популяции симбиотической водоросли Breviolum minutum, в которой обитает анемон Exaiptasia pallida, достигли высокой плотности, они экспрессировали повышенные уровни клеточных продуктов, специфически связанных с ограничением азота.
Такое же поведение наблюдается у свободноживущих водорослей, которые растут вне хозяина, когда доступный азот в их среде становится недостаточным.
Важно отметить, что по мере увеличения популяции водорослей в тканях хозяина они доставляют анемонам все больше и больше сахаров, произведенных фотосинтезом. Затем анемоны могут использовать углеродные скелеты этих молекул для удержания и переработки азотсодержащих аммиачных отходов.
Такое расположение приводит как к более устойчивому росту анемонов, так и к ограничению количества азота, доступного водорослям. Итак, команда продемонстрировала, что динамика обмена питательными веществами между водорослями и анемоном изменяется по мере увеличения популяции водорослей, что является ключом к пониманию контроля популяции водорослей в организме хозяина.
«Наша работа выясняет, как связь между анемонами и водорослями или кораллами и водорослями гарантирует, что эти симбиотические отношения остаются стабильными и полезными для обоих организмов-партнеров», – сказал ведущий автор Сян, который сейчас является доцентом в UNC Charlotte. «Благодаря продолжающимся исследованиям мы надеемся еще лучше понять различные механизмы и специфические регуляторы, которые имеют решающее значение для интеграции метаболизма этих двух организмов, что в конечном итоге может позволить пересадить более выносливые водоросли в обесцвеченный коралл, а также управлять как кораллами, так и водорослями. иметь большую толерантность к неблагоприятным условиям."