Как одноклеточные водорослюшки затыкают рот едой

Даже самые малюсенькие существа желают жрать. Не кротко химичить еду из молекул внутри себя, а именно что хищно хватать, сосать, глотать других живых существ! Надо сказать, что этим занимаются очень многие планктонные протисты, и одноклеточные водоросли – самые распространенные эукариотические организмы в океане – не являются исключением: они не только получают питательные вещества с помощью фотосинтеза, но зачастую активно пожирают бактерий. Даже зеленые одноклеточные водоросли, которые считаются не протистами, а растениями, нет-нет да и заглотят горсточку бактерий – вкусно.

Гаптофитовые водоросли Prymnesium patelliferurn поедают зеленую водоросль Dunaliella вдвоем и втроем. Шкала деления: 10 мкм. Фото: Tillmann, 1998.

Самым распространенным способом пожирания является фагоцитоз (от греч. φαγεῖν – пожирать, κύτος – клетка): добыча поедается целиком, заключается в пищеварительную вакуоль и переваривается внутри клетки, после чего непереваренные частицы (например, фрагменты клеточной стенки) выбрасываются наружу. Для осуществления фагоцитоза, конечно же, требуется необходимая инфраструктура: эндоплазматическая сеть с рибосомами, производящими ферменты, микрофиламенты и микротрубочки, специфические мембранные структуры. Не каждая малютка имеет возможность инвестировать свои ресурсы в поддержание инфраструктуры для поглощения крупной добычи.

Есть, впрочем, другие способы. Некоторые динофлагелляты прибегают к мизоцитозу (греч. μυζεῖν – сосать): втыкают пищевую трубочку в тело крупной жертвы, впрыскивают в нее ферменты, а затем жадно всасывают ее переваренное содержимое. Другие динофлагелляты и некоторые гаптофиты формируют внеклеточные вакуоли, иногда даже вдвоем или втроем с коллегами – добыча окружается ими и переваривается в общей вакуоли (на фото выше). Такие способы питания требуют еще больше инвестиций, чем фагоцитоз, поэтому их обычно практикуют крупные протисты.

А как же быть самым маленьким водорослюшкам, диаметром меньше 3 микрометров? Между прочим, это главные охотники на планктонных бактерий в океане. Вот, например, Braarudosphaera bigelowii – симпатичный представитель группы гаптофитов. Его средний размер – всего 1,3 микрометра. А его любимая пища – это свободноживущие цианобактерии Prochlorococcus, которые лишь немного поменьше – 0,8 микрометра. У браарудосферы есть ядро, митохондрии, хлоропласты – все органеллы занимают около 70% клетки. Еще 5% занимает цианобионт – симбиотическая цианобактерия, приютившаяся возле одного из хлоропластов. Места для вкусного прохлорококка попросту не остается!

И вот что увидели в электронный микроскоп Нина Каменная и Михаил Зубков из Национального океанографического центра в Саутгемптоне (Великобритания). Браарудосфера никогда не поглощает бактерию целиком – только наполовину! Удерживает ее цитостомом – клеточным ртом. Прохлорококк при этом затыкает его плотно, словно пробка. Этому необычному способу питания ученые придумали название – помацитоз (греч. πώμα – пробка).

Гаптофиты Braarudosphaera bigelowii с большой охотой нападают на цианобактерий Prochlorococcus (P) – хватают их ртом (С), но не глотают целиком. На некоторых фотографиях отмечены хлоропласты (Ch) и цианобионт (S). На фото E последний случайно выпал: жирная стрелочка указывает на дырку – результат механического повреждения во время исследования. На фото L и M бактерия уже на финальной стадии помацитоза, видно углубление (D), придающее ей форму пончика.

В отличие от фагоцитоза, который происходит за считаные секунды (отчего запечатлеть хищного протиста за ужином удается редко), помацитоз длится часами. Такое впечатление, что гаптофит смакует свою добычу. Он умело контролирует захваченную бактерию, так чтобы часть ее поверхности оставалась снаружи, в воде. Вероятно, во время еды он еще и эксплуатирует бактерию – отнимает питательные вещества, которые продолжают проникают через ее стенки из внешней среды. После того как гаптофит удовлетворит свой голод, он отпускает жертву. Бактерия теперь уже не та, что прежде, – из оптимистичного кругляша превратилась в пожеванный пончик.

Зачем же хищная микроводоросль вершит такое? Казалось бы, кругом намного больше мелких бактерий, которых можно проглотить целиком и не поморщиться. Чего ей надобно от прохлорококков – ведущих фотосинтетиков Мирового океана? Вероятно, углерод, который цианобактерии фиксируют. Браарудосфере нужно много углерода, ведь помимо себя ей нужно кормить им своего цианобионта, который сам-то утратил способность к фиксации углерода, зато снабжает хозяина азотом. Собственные хлоропласты гаптофита не могут производить много углерода – хозяин не позволяет: при фотосинтезе выделяется кислород, а высокие концентрации его в столь маленькой клетке тормозят фиксацию азота симбионтом. Приходится искать альтернативные источники, и прохлорококки – самый питательный вариант.

Конечно, цианобактерия во время помацитоза тоже производит кислород. Может быть, еще и поэтому гаптофит не стремится глотать ее сильно. Кроме того, во время еды он держит свой рот приоткрытым, выпуская лишний кислород. Даже малюсенькие существа позволяют себе отрыжку.


Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: PLOS Biology (Kamennaya et al., 2018)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вам понравилось его читать и вы хотите поделиться информацией с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем рады. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Древнейший родственник людей и водорослей объявился в Индии
Микробиологи открыли дельфинобактерий
Аура мигрени и карта зрения


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение