Znajdź zawartość

Wg naukowców, mikoryza to kluczowy wynalazek w ewolucji roślin lądowych. Szacuje się, że pojawiła się ok. 400 mln lat temu. Niedawno w bursztynie indyjskim wielkości orzecha włoskiego odkryto pierwszy przypadek ektomikoryzy grzyba i rośliny okrytonasiennej sprzed 52 mln lat. Skamielinę znalazł zespół specjalistów z USA (Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej), Niemiec (Uniwersytetu w Getyndze) oraz Indii (Uniwersytetu w Lucknow). Mikoryza to bardzo korzystne zjawisko, które umożliwiło przeżycie większości roślin lądowych. Komórki grzybów glebowych zwiększają powierzchnię korzeni, dzięki czemu roślina ma dostęp do większej ilości składników odżywczych. W zamian grzyb dostaje od rośliny cukry. Wiadomo też, że mikoryzująca roślina jest bardziej oporna na wpływ suszy i działania patogenów. Istnieją 2 podstawowe rodzaje mikoryzy: 1) wewnętrzna (endomikoryza), z którą mamy do czynienia w 80% przypadków i 2) zewnętrzna (ektomikoryza), odpowiadająca za zaledwie 10% przypadków. Inkluzje opisane w periodyku New Phytologist obrazują rozmaite stadia rozwoju i dokumentują wiele szczegółów morfologicznych. Mikoryza jest czymś niezwykle rzadkim w zapisie kopalnym; dotąd znaleziono jeszcze tylko jedną skamieniałość mikoryzy - wyjaśnia Alexander Schmidt z Uniwersytetu w Getyndze. W oparciu o specyficzny skład chemiczny bursztynu, a także analizę pyłków i skamieniałości znalezionych w pobliżu akademicy stwierdzili, że najprawdopodobniej grudka żywicy pochodzi od przedstawiciela rodziny dwuskrzydłowatych (Dipterocarpaceae); obecnie są to dominujące drzewa w lasach deszczowych południowo-wschodniej Azji. W odróżnieniu od innych bursztynów, właściwości chemiczne bursztynu indyjskiego pozwalają na jego łatwe rozpuszczenie w rozpuszczalnikach organicznych. Dzięki temu byliśmy w stanie wyekstrahować jedną z mikoryz z bursztynu i przeprowadzić analizy ultrastrukturalne za pomocą mikroskopu elektronowego. W ten sposób zbadaliśmy skamieniałą mikoryzę tak samo szczegółowo, jak przetestowalibyśmy żywe organizmy symbiotyczne - podkreśla Christina Beimforde. Naukowcy odkryli też melaninę. To pierwszy przypadek znalezienia barwnika w sfosylizowanym grzybie bądź bursztynie.

Przed miliardami lat pewna bakteria została zmuszona do życia wewnątrz innych żywych komórek. Tak został zapoczątkowany łańcuch wydarzeń, które doprowadziły do powstania mitochondriów, czyli centrów energetycznych komórek eukariotycznych. Badania naukowców z Uniwersytetu Hawajskiego i Uniwersytetu Stanowego Oregonu wykazały, że mitochondria mają wspólnego przodka z linią morskich bakterii SAR11. Bakterie SAR11 są tak rozpowszechnione, że 1 na 3 komórki bakteryjne z powierzchni oceanów reprezentuje ten właśnie klad. To bardzo ekscytujące odkrycie. Prezentowane przez nas wyniki mają sens z kilku powodów. [Po pierwsze], fizjologia SAR11 sprawia, że są one bardziej skłonne do bycia zależnymi od innych organizmów. [Po drugie], zważywszy na obecne rozpowszechnienie SAR11 w globalnym oceanie, można założyć, że linia ich przodków także była rozpowszechniona w praoceanie, co zwiększa liczbę spotkań między bakteriami a gospodarzem pierwotnej symbiozy – opowiada Miachael Rappé. By zrozumieć ewolucyjną historię SAR11, naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Oregonu porównali genomikę mitochondriów z różnych supergrup eukariontów, w tym Excavata (jednokomórkowych protistów), Chromalveolata (obejmuje m.in. żółtobrunatne glony) oraz Archaeplastida, z genomiką szczepów SAR11. Dzięki podejściu filogenomicznemu odkryto nie tylko ewolucyjne powiązania między mitochondriami, ale także zaproponowano nową rodzinę bakterii – Pelagibacteraceae. Rappé podkreśla, że SAR11 okazały się znacznie zróżnicowane genetycznie, co wskazuje również na potencjalne odmienności w zakresie metabolizmu.

Po raz pierwszy w historii nauki biolodzy opisali rośliny żyjące wewnątrz komórek kręgowców. Okazało się bowiem, że glony występują nie tylko pod osłoną jaj ambystomy plamistej (Ambystoma maculatum), ale i w komórkach rozwijających się embrionów. Co więcej, kanadyjsko-amerykański zespół uważa, że algi są najprawdopodobniej dziedziczone po rodzicach. Zespół doktora Ryana Kerneya z Dalhousie University opublikował wyniki swoich badań w piśmie Proceedings of the National Academy of Sciences. O tym, że glony występują w jajach ambystom, wiedziano już od długiego czasu, problemem było jednak to, jak się tam dostają. Sprawa się nieco wyjaśniła, gdy odkryto DNA glonów w organach reprodukcyjnych dorosłych płazów. Wydaje się zatem możliwe, że ulegają one dziedziczeniu. Nazywamy to transmisją wertykalną, ale prawdopodobnie mamy do czynienia z połączeniem tego zjawiska i alg absorbowanych z otoczenia. Kerney wyjaśnia, że w jajach glony zapewniają rozwijającym się embrionom tlen, a z kolei algi korzystają z wydalin płodu, w których znajduje się sporo potrzebnego roślinom azotu. Same ambystomy plamiste rzadko pojawiają się na powierzchni (przez większość czasu ukrywają się w korzeniach drzew, pod kamieniami itp., a wiosną mniej więcej o tej porze kończy się ich hibernacja), ale galaretowate pakiety jaj umieszczają blisko powierzchni wody. Trudno więc sobie wyobrazić lepsze warunki do życia dla glonów. Akademicy z Dalhousie University oraz Indiana University posłużyli się mikroskopem fluorescencyjnym. Dzięki temu mogli stwierdzić, że pigmenty glonów jarzyły się wewnątrz komórek płaza po oświetleniu światłem o określonej długości fali. Przed tym odkryciem naukowcy sądzili, że rośliny nie mogą żyć wewnątrz komórek kręgowców. Płazy, ptaki czy ssaki mają przecież wysoce wyspecjalizowany układ odpornościowy, który powinien zwalczać obce organizmy. Tymczasem algi naprawdę opanowują tkanki kręgowców. Pierwszy przypadek endosymbiozy eukariotycznych glonów w komórkach kręgowców sugeruje, że być może to wcale nie jest odosobniony przypadek. Ponieważ u innych ambystom, salamander i żab w jajach także występują algi, niewykluczone, że i u nich nie ograniczają się one wyłącznie do osadzania na osłonie czy infiltrowania przez nią, trafiając ostatecznie do komórek embrionu. Związek jaj ambystomy z glonami zaobserwowano ponad 100 lat temu. Zyskał on formalną nazwę w 1927 r., gdy Lambert Printz nadał algom wiele mówiącą nazwę Oophilia amblystoma (nazwę rodzaju można przetłumaczyć jako "kochający jaja"). Natury symbiozy nie poznano jednak aż do lat 80. ubiegłego wieku, gdy wykazano eksperymentalnie, że pod nieobecność glonów embriony nie rozwijają się tak szybko. Podobnie było zresztą z algami. Bez płodów ambystom do towarzystwa rosły wolniej. Kanadyjsko-amerykański zespół skorzystał z techniki zwanej fluorescencyjną hybrydyzacją in situ (FISH od ang. fluorescence in situ hybridization). Pozwoliła ona na wykrycie sekwencji 18S rRNA unikatowej dla Oophilia za pomocą specjalnych fluorescencyjnych sond.

Mszyce grochowe (Acyrthosiphon pisum), zwane też grochowiankami, są jedynymi zwierzętami na świecie, które samodzielnie wytwarzają karotenoidy. Dotąd sądzono, że żółte, czerwone i pomarańczowe barwniki, będące naturalnymi przeciwutleniaczami oraz prekursorami witaminy A, wytwarzają jedynie rośliny, a zwierzęta muszą je sobie zapewnić, odpowiednio komponując dietę. Prof. Nancy Moran z University of Arizona zwraca uwagę na rozpowszechnienie karotenoidów. Wg niej, jeśli się dobrze rozejrzeć, są niemal wszędzie. Zapewniają dobry wzrok, "dbają" o zdrowie skóry czy wzrost kości. To do tej grupy barwników należy beta-karoten - główny prekursor witaminy A, który nadaje korzeniowi marchwi pomarańczowy kolor. Złota barwa żółtka, róż krewetek i łososia, czerwień flamingów, pomidorów, marchewek, papryki, argemonów meksykańskich czy aksamitek – [wszystko to] zawdzięczamy właśnie karotenoidom. Moran i Tyler Jarvik postanowili sprawdzić, skąd wzięła się niezwykła dla zwierząt umiejętność wytwarzania karotenoidów. Doszło do przyswojenia i skopiowania przez owady genu grzybów. Jak wyjaśnia pani biolog, transfer genów między mikroorganizmami nie jest niczym niezwykłym, ale po raz pierwszy odkryto działający gen grzybów, który stanowiłby część zwierzęcego DNA. Zwierzęta mają duże potrzeby, odzwierciedlające utratę genów przodków. To powód, dla którego musimy z pokarmem zapewnić sobie wiele aminokwasów i witamin. Do tej pory sądzono, że nie ma prostego sposobu na odzyskanie tych utraconych umiejętności. Przypadek mszyc grochowianek pokazuje jednak, że w rzeczywistości możliwe jest odtworzenie zdolności produkowania potrzebnych składników. Niewykluczone, że to niezwykle rzadka sytuacja, lecz zazwyczaj w studiach genomicznych pierwszy przykład okazywał się tylko jednym z wielu podobnych. U A. pisum, które mogą być czerwone lub zielone, występuje dziedziczenie klonalne. Oznacza to, że matki wydają na świat identyczne pod względem genetycznym córki. Kiedy więc w laboratorium Amerykanów u czerwonej odmiany 5A pojawiły się żółtozielone młode, wiadomo było, że zaszła mutacja. Nowe pokolenie oznaczono jako 5AY. Żółtawe mutanty uzyskaliśmy w 2007 roku. Od tej pory trzymaliśmy je w laboratorium jako maskotki. Sądziłam, że kiedyś uda nam się ustalić, co właściwie zaszło. W wyspecjalizowanych komórkach wewnątrz mszyc żyją symbiotyczne bakterie. Są one przekazywane z matki na dzieci i zapewniają owadom dostawy niezbędnych substancji odżywczych. Gdy giną bakterie, umierają też mszyce. Moran, specjalistka od A. pisum, wiedziała jednak, ze 3 podstawowe gatunki bakterii nie wytwarzają karotenoidów. Barwniki nie mogły też pochodzić z diety. Mszyce odżywiają się sokiem mlecznym roślin, ale jest on ubogi w karotenoidy. Co więcej, barwniki owadów różniły się od występujących zazwyczaj w roślinach. Pod koniec zeszłego roku naukowcy znali już cały genom mszyc grochowianek. Wtedy właśnie rozpoczęły się poszukiwania genów karotenoidów. Szlaki ich biosyntezy są takie same u wszystkich organizmów, dlatego zadanie nie należało do trudnych. Ku uciesze Moran sekwencjonowano genom czerwonej odmiany grochowanki, która dysponuje dodatkową kopią genu karotenoidów. Po zakończeniu wstępnego etapu naukowcy próbowali ustalić, czy geny pochodziły z DNA mszycy, czy też raczej owady zawdzięczały je mniej popularnym bakteriom symbiotycznym lub zanieczyszczeniu grzybami. Eliminując bakterie, Moran i Jarvik ustalili, że zabieg ten nie zmienił barwy młodych. Śledzenie linii odmian czerwonej, zielonej i żółtej pokazało, że w grę wchodzi dziedziczenie mendlowskie (chromosomowe). Oznacza to, że DNA kodujące czerwień stanowi część genomu mszycy. Ostatecznie ustalono, że sekwencja kodująca karotenoidy różniła się od bakteryjnych genów dla barwników, lecz pasowała do ich odpowiedników u niektórych patogennych grzybów.

Doktorant Hendri Coetzee z North West University przyłapał "na gorącym uczynku" i sfotografował bardzo nietypową parę: guźca i dzioboroga kafryjskiego. Ssak zbliżył się do ptaka, położył na boku, a ten chcąc nie chcąc, oczyścił jego skórę z pasożytów. Podobne związki łączą guźce z innymi zwierzętami, np. mangustami pręgowanymi, ale dotąd w tej roli nigdy nie widywano dzioborogów (African Journal of Ecology). Naukowiec z RPA opowiadał, że wielokrotnie obserwował tego typu kontakty między guźcami (Phacochoerus africanus) a dzioborogami kafryjskimi (Bucorvus leadbeateri) w Mabula Game Reserve w prowincji Limpopo. Leżąc na ziemi z odsłoniętym brzuchem, guźce bardzo się denerwowały, ponieważ były narażone na ataki drapieżników. Związek guziec-dzioboróg jest korzystny dla obu stron. Ssak ma czystą skórę, a ptak zdobywa wartościowe pożywienie niewielkim nakładem sił. Guźce wchodzą w symbiozę z mangustami, które wyłapują im kleszcze. Na filmach przyrodniczych często widuje się też bąkojady, żerujące na dużych roślinożernych ssakach kopytnych – antylopach, nosorożcach czy bawołach – oraz słoniach. Co więc nietypowego w układzie guziec-dzioboróg? Otóż tutaj to guziec przeważnie inicjuje rytuał. Ptak, choć ma masywny dziób, obchodzi się zaś ze swoim "klientem" niezwykle delikatnie. Być może dlatego guziec pozwala mu nawet na oczyszczanie okolic pod ogonem i wokół oczu. Dr Coetzee sądzi, że życie w rezerwacie może zmieniać zwyczaje zwierząt. Są bardziej zrelaksowane, poza tym dość często dochodzi do spotkań tych samych osobników, co w jakiś sposób zmniejsza ryzyko bycia upolowanym.

Hiszpańscy naukowcy odkryli pierwszy przykład rośliny, która ogrzewa się, wchodząc w symbiozę z drożdżami. W zamian ciemiernik cuchnący (Helleborus foetidus) oferuje swój nektar. Inne rośliny uzyskują ciepło, podążając za słońcem bądź rozkładając kwas salicylowy jak słynąca z gigantycznych śmierdzących kwiatów raflezja Arnolda. Carlos Herrera z Doñana Biological Station w Sewilli wyjaśnia, że drożdże występują w wielu nektarach. Trafiają tam z zapylającymi kwiaty trzmielami, które z kolei "podłapują" je na innych roślinach. Hiszpanie pobrali próbki grzybów z trzmieli z rezerwatu Sierra de Cazorla. Następnie wstrzyknęli drożdże do 37 nieskażonych wcześniej okazów ciemiernika. Uprawę osłonięto siatką, by odstraszyć zapylaczy. Hiszpanie porównali temperaturę kwiatów drożdżowych z temperaturą kwiatów z nektarami pozbawionymi grzybów. Średnio te pierwsze były o 2°C cieplejsze, choć – przy dużym zagęszczeniu drożdży – różnica sięgała czasem nawet 7 stopni Celsjusza. Działo się tak, ponieważ drożdże wytwarzały ciepło, rozkładając cukry. Po co roślinom taki skok temperatury? Niewykluczone, że dzięki temu z kwiatów uwalniają się substancje lotne, które przyciągają zapylaczy. Przyda się to, zwłaszcza że ciemierniki cuchnące kwitną bardzo wczesną wiosną, a nawet zimą. Gdy nie ma śniegu, rozgałęzione kwiatostany pojawiają się już w lutym. Zespół Herrery przeprowadził dwa polowe eksperymenty. W pierwszym z kwiatów usunięto drożdże, w drugim zaszczepiono nimi "dziewicze" okazy. W grupie roślin testowych i eksperymentalnych mierzono temperaturę nektaru, a także temperaturę powietrza wewnątrz i poza kwiatem.

Niektóre gatunki pustynnych kaktusów opanowały trudną i z pozoru niemożliwą sztukę. Rosną i mają się dobrze w miejscach, gdzie nie ma gleby, tylko naga skała. Naukowcom udało się właśnie "rozpracować", jak to robią. Okazało się, że weszły w symbiozę z bakteriami, które specjalnie dla nich rozpuszczają skałę, a w zamian kaktusy pozwalają im żyć w swych korzeniach (Experimental Biology). Co ciekawe, rośliny uczyniły ze wspomnianych bakterii standardowe wyposażenie nasion, przez co mogą przekazywać swoich współpracowników przyszłym pokoleniom. Dr Yoav Bashan, biolog z Northwestern Center for Biological Research w La Paz, opowiada, że jego zespół pracował na pustyni i wszyscy dziwili się, jak kaktusy kolumnowe z gatunku Pachycereus pringlei (Cardón) radzą sobie tam, gdzie nie ma żadnych innych przedstawicieli flory. To tajemnica, bo do przeżycia rośliny potrzebują przecież minerałów i azotu. Nie da się ich jednak uzyskać ze skały, która je trwale związała. Jedyne rozwiązanie, jakie przyszło Meksykanom i Amerykanom do głowy, zakładało, że sukulentowi spotykanemu w górach stanu Kalifornia Dolna Południowa muszą pomagać mikroorganizmy wiążące azot i rozkładające skałę. Teraz pozostawało je "tylko" znaleźć, by wykazać, że teoria jest prawdziwa. Wkrótce doktorzy Bashan, Esther Puente i Ching Li stwierdzili, że bakterie występują nie tylko na powierzchni korzeni, ale także wewnątrz komórek tworzących korzeń. Po dokładniejszych badaniach okazało się, że mikroorganizmy żyją też w owocach i tą drogą trafiają do nasion. Uważamy, że odkryliśmy nowy rodzaj symbiozy między bakteriami a roślinami. Kaktus dostarcza bakteriom węgiel, a bakterie niebezpośrednio zapewniają roślinie minerały i azot – wyjaśnia dr Bashan. Mikroorganizmy rozpuszczają skałę, pozwalając nasionom kiełkować. Korzenie sukulenta dalej drążą zwietrzałą skałę i rozdrabniają ją w jeszcze większym stopniu. Poniżej rośliny widać nawet małe zagłębienie – skała została tam strawiona i wymyta jako gleba, w wyniku czego korzenie wiszą w powietrzu. Nasiona, które opadły na nagą skałę z odchodami ptaków lub nietoperzy, mają szczęście z powodu braku konkurencji. W przeszłości bakterie i Pachycereus pringlei musiały ewoluować obok siebie, aż ich przodkowie związali w końcu ze sobą swoje losy.

Granica pomiędzy mutualistyczną symbiozą a pasożytnictwem bywa niekiedy bardzo cienka. Przekonują się o tym rośliny z gatunku Cordia nodosa, udzielające w swoich korzeniach schronienia mrówkom Allomerus octoarticulatus. Na co dzień współpraca układa się doskonale, lecz zmienia się drastycznie, gdy owady przystępują do rozrodu... Przez wiele lat A. octoarticulatus były uznawane za idealnych partnerów. Nie było im potrzeba wiele - wystarczyło miejsce do mieszkania w pustych przestrzeniach we wnętrzu liści i konarów - a w zamian chroniły swojego gospodarza przed szkodnikami. Okazuje się jednak, że te drobne owady są mistrzami, lecz nie współpracy, a... wyrafinowanego oszustwa. Potrzeba było wielu lat badań, by zauważyć, iż w okresie rozrodu mrówki zbliżają się do pasożytniczego trybu życia. Polega on na niszczeniu pączków kwiatowych C. nodosa, zanim zdążą się z nich rozwinąć kwiaty. Początkowo naukowcy uważali, że jest to dla rośliny korzystne, gdyż roślina wzrasta dzięki temu szybciej, podobnie do drzew przycinanych przez dobrego ogrodnika. Czy w rzeczywistości jest to jednak aż tak korzystne dla rośliny? Sprawą zajęła się dr Megan Frederickson z Uniwersytetu Harvarda. Badaczka hodowała różne okazy C. nodosa i sprawdzała wpływ aktywności mrówek na jej wzrost. Jak się okazało, roślina pozbawiona pączków nie musi zużywać energii na proces reprodukcji, dzięki czemu jej pęd rośnie szybciej. Jest to korzystne dla mrówek, które otrzymują w ten sposób większe lokum, lecz roślina zdaje się na tym tracić, gdyż tymczasowo traci płodność. Chwilowo hipoteza uznająca aktywność insektów za pasożytnictwo wydawała się więc przeważać... Sytuacja zmienia się jednak zupełnie, gdy spojrzy się na badaną interakcję w perspektywie wielu lat. Okazuje się bowiem, że typowy okaz C. nodosa żyje średnio 77 lat, zaś koegzystująca z nią kolonia mrówek - zaledwie 14. Raz na jakiś czas roślina jest więc "czysta" i może wydać na świat potomstwo. Przez pozostałe lata jest co prawda niezdolna do rozrodu, lecz... rośnie szybciej i może wytworzyć więcej pąków, gdy tylko nadejdzie czas, w którym nie zostanie ogołocona. Pasożytnictwo czy mutualizm? A może i jedno, i drugie? Ciężko na to pytanie odpowiedzieć. Teraz wiemy za to na pewno, że ocena interakcji międzygatunkowych na podstawie krótkotrwałych obserwacji może być bardzo myląca...

W konkursie o tytuł mistrza symbiozy mszyce grochowe (Acyrthposiphon pisum) byłyby najprawdopodobniej jednym z faworytów. Ich przystosowanie do współpracy zaszło tak daleko, że nie tylko przejęły one geny od swoich dawnych towarzyszy, lecz nawet... udostępniają kodowane przez nie białka kolejnym mikroorganizmom, które zechcą zamieszkać w ich niewielkich ciałach. Opisywane sekwencje DNA zostały przejęte po dwóch dawnych symbiontach mszyc. Dzięki nim ich obecni partnerzy, bakterie z gatunku Buchnera aphidicola, znajdują schronienie wewnątrz ich ciał, w zamian dzieląc się wytwarzanymi przez siebie substancjami. Współpraca ta jest tak bliska, że genom bakterii nie zawiera już części genów, które byłyby im potrzebne do samodzielnego życia. Jednym z genów, które zostały usunięte z genomu B. aphidicola, jest ldcA - sekwencja odpowiedzialna za przetwarzanie składników ściany komórkowej. Podobny gen jest jednak obecny w materiale genetycznym mszyc. Co ciekawe, nie przypomina on sekwencji występującej u obecnego symbionta, lecz jego wersję występującą u bakterii z rodzaju Wolbachia, które obecnie nie żyją w symbiozie z mszycami. [bakterie] Wolbachia nie żyją obecnie w mszycach grochowych ani w większości gatunków mszyc, choć są symbiontami niektórych innych owadów. Transfer [genów] nastąpił prawdopodobnie w organizmie przodka kilku gatunków mszyc, z których jeden był prawdopodobnie zamieszkiwany zarówno przez wolbachię, jak i buchnerę, tłumaczy Atsushi Nakabachi z instytutu RIKEN, jeden z autorów odkrycia. Oprócz ldcA, badacze zidentyfikowali u mszyc jeszcze jeden gen pochodzący od mikroorganizmów. Nazywa się on rlpA i pochodzi najprawdopodobniej od bakterii z rodzaju Bradyrhizobium, lecz dotychczas nie ustalono, w jaki sposób miałby on pomagać obecnym "lokatorom" organizmów mszyc. Zjawisko przekazywania fragmentów DNA z bakterii do gospodarzy wykazywano już wcześniej, lecz nigdy dotąd nie udowodniono transferu kompletnych genów, czyli w pełni funkcjonalnych sekwencji zawierających informacje potrzebne do wytworzenia określonych cząsteczek. To [odkrycie] wskazuje, że organizmy, w tym zwierzęta, są znacznie bardziej elastyczne, niż sądzono, i mogą być z łatwością "łączone" z innymi organizmami, podsumowuje Nakabachi.

Choć na temat ewolucji i związanych z nią zmian genetycznych wiemy dość dużo, dotychczas nie byliśmy w stanie uchwycić ich "w akcji". Na szczęście, dzięki omyłkowemu zawleczeniu jednego z gatunków owadów na nowe tereny, zyskaliśmy doskonałą okazję do obserwacji tego zjawiska. Autorami studium są naukowcy z University of Arizona. Badali oni tempo degeneracji genomu gatunku Buchnera aphidicola - bakterii symbiotycznych względem mszyc grochowianek (Acyrthosiphon pisum). Mikroorganizmy te przystosowały się tak doskonale do bytowania w organizmach insektów i wykorzystują tyle produktów ich organizmów, że niektóre geny przestały im być potrzebne. Ponieważ mniejsza liczba aktywnych genów pozwala na zaoszczędzenie energii i zwiększenie prawdopodobieństwa przeżycia, przedstawiciele B. aphidicola dążą do utraty znacznej części swojego DNA. Amerykańscy naukowcy postanowili zbadać, jak szybko zachodzi to zjawisko. Wybór gatunków poddanych obserwacji nie był przypadkowy - ich wzajemna interakcja zachodzi od zaledwie 135 lat, gdyż tyle czasu minęło od przypadkowego zawleczenia mszyc grochowianek na terytorium Stanów Zjednoczonych. Mamy dobry zapis historyczny tego gatunku [owadów] - mówi główna autorka badań, Nancy Moran. Ponieważ ten konkretny gatunek mszyc nie pochodzi z Ameryki Północnej, wiemy, że górny limit genetycznej dywergencji [czyli powstawania różnic genetycznych pomiędzy osobnikami - przyp. red.] symbiotycznych bakterii pochodzących od pojedynczej mszycy wynosi 135 lat lub mniej. Naukowcy z Arizony zsekwencjonowali cały genom siedmiu różnych szczepów B. aphidicola - pięciu żyjących w naturalnych warunkach w Ameryce Północnej oraz dwóch hodowanych w laboratorium. Ku zaskoczeniu badaczy okazało się, że tempo narastania zmian było aż dziesięciokrotnie większe, niż zwykło się przyjmować dla bakterii najbardziej podatnych na dywergencję. Przeprowadzone studium może być bardzo istotne dla zrozumienia procesu ewolucji oraz dopasowania się organizmów do warunków środowiska. Jego wyniki, które opublikowano na łamach czasopisma Science, możemy także, do pewnego stopnia, wykorzystać do badania pochodzenia i rozwoju naszego gatunku.

Od pewnego czasu naukowcy zastanawiali się, w jaki sposób "dobre bakterie" zabezpieczają organizm przed infekcjami. Wyglada na to, że dzięki ekspertom z Laboratorium Chorób Pasożytniczych przy Narodowym Instytucie Alergii i Chorób Zakaźnych jesteśmy o krok bliżej od wyjaśnienia tego zjawiska. Ludzki organizm jest zamieszkiwany przez liczne gatunki mikroorganizmów. Nie każdy jest jednak świadom tego, że jest ich aż kilkaset (300-500) gatunków, a liczebność bakterii zamieszkujących ludzkie jelita przewyższa liczbę komórek całego ludzkiego ciała(!). Na całe szczęście zdecydowana większość z tych mikroorganizmów jest nie tylko nieszkodliwa, ale nawet korzystna dla naszych ciał. Dotychczas uważano, że dzieje się tak głównie dlatego, iż "dobre" (symbiotyczne) bakterie, zwane komensalami, wypierają te odpowiedzialne za rozwój chorób. Amerykańscy badacze udowadniają jednak, że istnieje jeszcze co najmniej jedno zjawisko pozwalające komensalom na aktywne wywoływanie odpowiedzi immunologicznej w kontakcie z bakteriami chorobotwórczymi (patogenami). Dla zachowania odporności organizmu kluczowa jest jego zdolność do odróżniania bakterii symbiotycznych od patogenów. Jest to tym trudniejsze, że oba typy mikroorganizmów należą do bakterii i są bardzo podobne pod wieloma względami. Wygląda jednak na to, że znaczący udział w tym procesie mają same "dobre" bakterie, które aktywnie stymulują odpowiedź immunologiczną gospodarza. Dokonują tego dzięki receptorom zwanym TLR, pozwalającym na wykrywanie wroga na podstawie cech budowy wspólnych dla szerokich grup bakterii. U zdrowego człowieka reakcje systemu immunologicznego są regulowane przez specyficzne komórki zwane regulatorowymi limfocytami T (ang. regulatory T cells - Treg). W sytuacji braku zagrożenia ich zadaniem jest hamowanie aktywności układu odpornościowego, lecz w czasie infekcji szkodlwiymi mikroorganizmami przechodzą one w odmienny tryb aktywności i wysyłają pozostałym komórkom sygnał do ataku. Właśnie ten mechanizm stanowił dotychczas największą zagadkę dla naukowców. Zespół badaczy z Laboratorium Chorób Pasożytniczych, prowadzony przez dr Yasmine Belkaid, odkrył, że podczas infekcji dochodzi do uwolnienia DNA bakterii symbiotycznych, które wiąże się następnie z jednym z receptorów TLR, oznaczonym jako TLR9, i wywołuje odpowiedź immunologiczną. Korzystne dla człowieka mikroorganizmy działają więc jak tzw. adjuwant, czyli substancja "zwracające uwagę" organizmu na obecność ciała obcego. Obecnie nie wiadomo dokładnie, w jaki sposób DNA bakterii symbiotycznych staje się dostępne dla receptorów TLR. Być może dzieje się tak dlatego, iż giną one w wyniku ataku obcych mikroorganizmów, co powoduje ucieczkę wszelkich substancji, w tym DNA, z wnętrza ich komórek. Jest to jednak jedynie hipoteza wymagająca dalszego zbadania. Nie jest także do końca jasne, dlaczego stymulacja układu odpornościowego przebiega z różną intensywnością u poszczególnych osobników. Badacze pokładają w bakteriach symbiotycznych ogromną nadzieję. Powszechnie uważa się, że mogą one odegrać istotną rolę w zapobieganiu alergiom i innym zaburzeniom funkcjonowania układu odpornościowego. Dokładne zrozumienie ich interakcji z organizmem człowieka jest więc niezwykle istotne z punktu widzenia wielu działów medycyny.