యూకారియోటిక్ ఆల్గేలో నైట్రోజన్-ఫిక్సింగ్ సెల్-ఆర్గానెల్లె నైట్రోప్లాస్ట్ యొక్క ఆవిష్కరణ   

యొక్క బయోసింథసిస్ ప్రోటీన్లు మరియు న్యూక్లియిక్ ఆమ్లం అవసరం నత్రజని అయితే వాతావరణ నత్రజని అందుబాటులో లేదు యుకర్యోట్స్ సేంద్రీయ సంశ్లేషణ కోసం. కొన్ని ప్రొకార్యోట్‌లు మాత్రమే (ఉదా సైనోబాక్టీరియా, క్లోస్ట్రిడియా, ఆర్కియా మొదలైనవి) సమృద్ధిగా లభించే పరమాణు నత్రజనిని పరిష్కరించగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి వాతావరణంలో. కొంత నత్రజని-ఫిక్సింగ్ బాక్టీరియా ఎండోసింబియాంట్స్‌గా సహజీవన సంబంధంలో యూకారియోటిక్ కణాల లోపల జీవిస్తాయి. ఉదాహరణకు, సైనోబాక్టీరియా కాండిడాటస్ అటెలోసైనోబాక్టీరియం తలస్సా (UCYN-A) అనేది ఏకకణ మైక్రోఅల్గే యొక్క ఎండోసింబియంట్ బ్రారుడోస్ఫేరా బిగెలోవి సముద్ర వ్యవస్థలలో. ఇటువంటి సహజ దృగ్విషయం యూకారియోటిక్ పరిణామంలో కీలక పాత్ర పోషించిందని భావిస్తున్నారు. సెల్ ఎండోసింబియోటిక్ బాక్టీరియాను యూకారియోటిక్ కణానికి ఏకీకృతం చేయడం ద్వారా మైటోకాండ్రియా మరియు క్లోరోప్లాస్ట్‌ల అవయవాలు. ఇటీవల ప్రచురించిన ఒక అధ్యయనంలో, సైనోబాక్టీరియా "అని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు.UCYN-A”యూకారియోటిక్ మైక్రోఅల్గేతో సన్నిహితంగా కలిసిపోయింది బ్రారుడోస్ఫేరా బిగెలోవి మరియు ఒక ఎండోసింబియంట్ నుండి నైట్రోప్లాస్ట్ అని పిలువబడే నైట్రోజన్-ఫిక్సింగ్ యూకారియోటిక్ సెల్ ఆర్గానెల్‌గా పరిణామం చెందింది. ఇది మైక్రోఅల్గేను తయారు చేసింది బ్రారుడోస్ఫేరా బిగెలోవి మొట్టమొదటిగా తెలిసిన నైట్రోజన్-ఫిక్సింగ్ యూకారియోట్. ఈ ఆవిష్కరణ ప్రొకార్యోట్‌ల నుండి యూకారియోట్‌ల వరకు వాతావరణ నత్రజని స్థిరీకరణ పనితీరును విస్తరించింది.  

సహజీవనం అంటే, వివిధ జాతుల జీవులు ఆవాసాలను పంచుకోవడం మరియు కలిసి జీవించడం అనేది ఒక సాధారణ సహజ దృగ్విషయం. సహజీవన సంబంధంలో భాగస్వాములు ఒకరికొకరు (పరస్పరవాదం) నుండి ప్రయోజనం పొందవచ్చు లేదా ఒకరు ప్రయోజనం పొందవచ్చు, మరొకరు ప్రభావితం కాకుండా (ప్రారంభవాదం) లేదా ఒకరు ప్రయోజనం పొందవచ్చు, మరొకరికి హాని (పరాన్నజీవి). సహజీవన సంబంధాన్ని ఎండోసింబియోసిస్ అని పిలుస్తారు, ఉదాహరణకు, ఒక జీవి ఒకదానిలో ఒకటి జీవిస్తుంది, ఉదాహరణకు, యూకారియోటిక్ సెల్ లోపల నివసించే ప్రొకార్యోటిక్ కణం. అటువంటి పరిస్థితిలో ప్రొకార్యోటిక్ సెల్‌ను ఎండోసింబియంట్ అంటారు.  

ఎండోసింబియోసిస్ (అనగా, పూర్వీకుల యూకారియోటిక్ కణం ద్వారా ప్రొకార్యోట్‌ల అంతర్గతీకరణ) మైటోకాండ్రియా మరియు క్లోరోప్లాస్ట్‌ల పరిణామంలో కీలక పాత్ర పోషించింది, ఇది యూకారియోటిక్ జీవిత రూపాల విస్తరణలో దోహదపడిన మరింత సంక్లిష్టమైన యూకారియోటిక్ కణాల యొక్క కణ-అవయవాల లక్షణం. పర్యావరణం ఎక్కువగా ఆక్సిజన్‌తో సమృద్ధిగా మారుతున్న సమయంలో ఒక ఏరోబిక్ ప్రోటీబాక్టీరియం పూర్వీకుల యూకారియోటిక్ సెల్‌లోకి ఎండోసింబియంట్‌గా మారిందని భావిస్తున్నారు. శక్తిని తయారు చేయడానికి ఆక్సిజన్‌ను ఉపయోగించే ఎండోసింబియోంట్ ప్రోటీబాక్టీరియం యొక్క సామర్థ్యం కొత్త వాతావరణంలో వృద్ధి చెందడానికి హోస్ట్ యూకారియోట్‌ను అనుమతించింది, అయితే ఇతర యూకారియోట్‌లు కొత్త ఆక్సిజన్-రిచ్ వాతావరణం విధించిన ప్రతికూల ఎంపిక ఒత్తిడి కారణంగా అంతరించిపోయాయి. చివరికి, ప్రోటీబాక్టీరియం హోస్ట్ సిస్టమ్‌తో కలిసి మైటోకాండ్రియన్‌గా మారింది. అదేవిధంగా, కొన్ని కిరణజన్య సంయోగక్రియ సైనోబాక్టీరియా ఎండోసింబియోంట్‌గా మారడానికి పూర్వీకుల యూకారియోట్‌లలోకి ప్రవేశించింది. నిర్ణీత సమయంలో, వారు క్లోరోప్లాస్ట్‌లుగా మారడానికి యూకారియోటిక్ హోస్ట్ సిస్టమ్‌తో కలిసిపోయారు. క్లోరోప్లాస్ట్‌లతో కూడిన యూకారియోట్‌లు వాతావరణ కార్బన్‌ను పరిష్కరించే సామర్థ్యాన్ని పొందాయి మరియు ఆటోట్రోఫ్‌లుగా మారాయి. పూర్వీకుల యూకారియోట్ల నుండి కార్బన్-ఫిక్సింగ్ యూకారియోట్‌ల పరిణామం భూమిపై జీవిత చరిత్రలో ఒక మలుపు. 

ప్రోటీన్లు మరియు న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాల సేంద్రీయ సంశ్లేషణకు నత్రజని అవసరం అయితే వాతావరణ నత్రజనిని స్థిరీకరించే సామర్థ్యం కొన్ని ప్రొకార్యోట్‌లకు మాత్రమే పరిమితం చేయబడింది (కొన్ని సైనోబాక్టీరియా, క్లోస్ట్రిడియా, ఆర్కియా మొదలైనవి). తెలిసిన యూకారియోట్‌లు ఏవీ స్వతంత్రంగా వాతావరణ నత్రజనిని పరిష్కరించలేవు. నత్రజని-ఫిక్సింగ్ ప్రొకార్యోట్‌లు మరియు నత్రజని పెరగడానికి అవసరమైన కార్బన్-ఫిక్సింగ్ యూకారియోట్‌ల మధ్య పరస్పర ఎండోసింబియోటిక్ సంబంధాలు ప్రకృతిలో కనిపిస్తాయి. సైనోబాక్టీరియా కాండిడాటస్ అటెలోసైనోబాక్టీరియం తలస్సా (UCYN-A) మరియు సముద్ర వ్యవస్థలలో ఏకకణ మైక్రోఅల్గే బ్రారుడోస్ఫేరా బిగెలోవి మధ్య భాగస్వామ్యం అటువంటి ఉదాహరణ.  

ఇటీవలి అధ్యయనంలో, సైనోబాక్టీరియా కాండిడాటస్ అటెలోసైనోబాక్టీరియం తలస్సా (UCYN-A) మరియు ఏకకణ మైక్రోఅల్గే బ్రారుడోస్ఫేరా బిగెలోవి మధ్య ఎండోసింబియోటిక్ సంబంధాన్ని సాఫ్ట్ ఎక్స్-రే టోమోగ్రఫీని ఉపయోగించి పరిశోధించారు. కణ స్వరూపం మరియు ఆల్గా విభజన యొక్క దృశ్యమానం ఒక సమన్వయ కణ చక్రాన్ని వెల్లడించింది, దీనిలో ఎండోసింబియోంట్ సైనోబాక్టీరియా కణ విభజన సమయంలో యూకారియోట్‌లోని క్లోరోప్లాస్ట్‌లు మరియు మైటోకాండ్రియా విభజించబడిన విధంగా సమానంగా విభజించబడింది. సెల్యులార్ కార్యకలాపాలలో పాల్గొన్న ప్రోటీన్ల అధ్యయనం, వాటిలో గణనీయమైన భాగం ఆల్గే యొక్క జన్యువు ద్వారా ఎన్కోడ్ చేయబడిందని వెల్లడించింది. ఇందులో బయోసింథసిస్, కణాల పెరుగుదల మరియు విభజనకు అవసరమైన ప్రోటీన్లు ఉన్నాయి. ఎండోసింబియోంట్ సైనోబాక్టీరియా హోస్ట్ సెల్యులార్ సిస్టమ్‌తో సన్నిహితంగా కలిసిపోయిందని మరియు ఎండోసింబియంట్ నుండి హోస్ట్ సెల్ యొక్క పూర్తి స్థాయి అవయవానికి మారిందని ఈ పరిశోధనలు సూచిస్తున్నాయి. పర్యవసానంగా, హోస్ట్ ఆల్గల్ సెల్ వృద్ధికి అవసరమైన ప్రోటీన్లు మరియు న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాల సంశ్లేషణ కోసం వాతావరణ నైట్రోజన్‌ను పరిష్కరించే సామర్థ్యాన్ని పొందింది. కొత్త అవయవానికి పేరు పెట్టారు నైట్రోప్లాస్ట్ దాని నైట్రోజన్ ఫిక్సింగ్ సామర్థ్యం కారణంగా.  

ఇది ఏకకణ మైక్రోఅల్గేని చేస్తుంది బ్రారుడోస్ఫేరా బిగెలోవి మొదటి నత్రజని-ఫిక్సింగ్ యూకారియోట్. ఈ అభివృద్ధికి చిక్కులు ఉండవచ్చు వ్యవసాయ మరియు రసాయన ఎరువుల పరిశ్రమ దీర్ఘకాలంలో.

*** 

ప్రస్తావనలు:  

1. కోల్, TH ఎప్పటికి. 2024. సముద్రపు ఆల్గాలో నైట్రోజన్-ఫిక్సింగ్ ఆర్గానెల్లె. సైన్స్. 11 ఏప్రిల్ 2024. వాల్యూమ్ 384, సంచిక 6692 పేజీలు 217-222. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk1075 

2. మసానా ఆర్., 2024. నైట్రోప్లాస్ట్: నైట్రోజన్-ఫిక్సింగ్ ఆర్గానెల్లె. సైన్స్. 11 ఏప్రిల్ 2024. వాల్యూమ్ 384, సంచిక 6692. పేజీలు 160-161. DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado8571  

***