Фотосинтез взаймы

Некоторые морские моллюски известны способностью к фотосинтезу, только способность эта у них не своя, а заёмная. Относятся они к классу Брюхоногих, и являются более-менее близкими родственниками привычных нам улиток и слизней. Раковин у них нет, так что похожи они всё-таки больше на слизней, и обычно их так и называют – морские слизни. Фотосинтезируют они с помощью хлоропластов – специальных клеточных органелл, которые есть в клетках растений и водорослей. Вот из водорослей морские слизни хлоропласты себе и берут. Водорослями они вообще-то питаются, так что о фотосинтезе взаймы тут можно говорить с определённой натяжкой: отдавать взятое моллюски не планируют.

Каким-то образом морские слизни переваривают водорослевые клетки, оставляя хлоропласты в неприкосновенности. Мало того, они создают им условия для работы: хлоропласты функционируют в морских слизнях около года. Как это у них получается, отчасти удалось понять только сейчас. Сотрудники Гарвардского университета изучали фотосинтезирующего слизня Elysia crispata, которого ещё называют салатовым слизнем – внешне он выглядит, как лист салата, часто ещё и зелёный. 

В статье в Cell исследователи описывают специальные органеллы в клетках моллюска, которые они назвали клептосомами – в них размещаются украденные из водорослей хлоропласты. Одновременно в клетках снижается активность других органелл, лизосом, которые представляет собой мембранные пузырьки с разными ферментами и в задачу которых входит переваривание еды или просто того, что клетке стало не нужно.

Салатовый морской слизень Elysia crispata может быть разных цветов. (Фото: YVC Biology Department / Flickr.com) 

Клептосомы не просто хранят хлоропласты, они поддерживают в себе условия, необходимые для их нормального функционирования. В частности, в мембрану клептосом встроены ионные каналы, регулирующие количество ионов внутри них в зависимости от уровня энергетической молекулы АТФ. У всех хлоропластов есть своя ДНК и свой белок-синтезирующий аппарат, и у тех, которые хранятся в клептосомах, появляются новые водорослевые белки. В то же время в них появляются и белки морского слизня. То есть хлоропласты не только остаются живыми и функциональными, но и в какой-то степени интегрируются на молекулярном уровне в клетки моллюсков.

Если же морскому слизню начинает остро не хватать еды, то хлоропласты идут под нож – иными словами, он их просто переваривает активизировавшимися лизосомами. Хотя иногда говорят, что морские слизни полностью полагаются в своих потребностях на фотосинтез, одним фотосинтезом, скорее всего, дело не ограничивается: моллюск может перейти на другие источники питания, а хлоропласты могут служить ещё и запасом еды. Кроме того, они могут работать как маскировка, или же делать слизня невкусным для хищников, но эти предположения надо ещё проверять.

Некоторые кораллы тоже живут чужим фотосинтезом, но они оставляют у себя водорослевые клетки целиком, а не только хлоропласты. Вот голожаберные моллюски, родственники фотосинтезирующих морских слизней, поступают схожим образом, но только оставляют они себе не хлоропласты, а книдоцисты – так называют специализированные органеллы в стрекательных клетках медуз и других стрекающих кишечнополостных. Иными словами, голожаберные забирают у своих жертв их оружие. 

Считается, что и сами хлоропласты (как и другие органеллы – митохондрии) появились после того, как в далёкие времена один одноклеточный организм поглотил другого, но не переварил, а вступил в симбиотические отношения. Возможно, подобные исследования помогут понять, как вообще идёт эволюция живых организмов, когда они используют в качестве инструментов чужие клетки или внутриклеточные структуры.