Früher glaubte man, dass diese Mikroorganismen einfach eine symbiotische Beziehung unterhielten, aber es stellt sich heraus, dass sich das Mikroben in die Alge integriert hat und zu einem wesentlichen Teil ihres Stoffwechsels geworden ist.
Dieses Bild zeigt eine sich teilende Zelle von Braarudosphaera bigelowii, wobei die Nitroplasten (UCYN-A) in Cyan ersichtlich sind.
Crédit: Valentina Loconte
Der Nitroplast stammt von einer ozeanischen Bakterie, die vor Millionen von Jahren von einer Algenzelle verschluckt wurde. Dieses Ereignis ist ein Beispiel für eine "primäre Endosymbiose", einen seltenen Prozess, bei dem eine eukaryotische Zelle (komplexe Zelle mit einem Kern) eine prokaryotische Zelle (ohne Kern) umschließt, was zu großen biologischen Entwicklungen führt. Ein ähnlicher Prozess führte zur Evolution der Mitochondrien und Chloroplasten, die jeweils entscheidend für die Atmung und Photosynthese der Zellen sind.
Der erste Hinweis darauf, dass das Mikroben mehr als nur ein einfacher Passagier war, ergab sich 1998, als Wissenschaftler ein DNA-Segment des Mikroben im Meerwasser des Pazifiks isolierten und entdeckten, dass es Stickstoff fixieren konnte. Spätere Arbeiten an der Universität von Kochi in Japan ermöglichten es, die Algen mit diesem Mikroben zu züchten, was Vergleichsstudien erleichterte, die eine Synchronisierung ihres Wachstums zeigten.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in wissenschaftlichen Zeitschriften wie Cell und Science, bestätigen, dass UCYN-A (der wissenschaftliche Name des Nitroplasten) Proteine von seiner Wirtsalge importiert und von dieser für seine Funktion abhängig ist.
Dieses Mikroskopbild zeigt eine marine Algenzelle mit einem schwarzen Pfeil, der auf das neue Organell Nitroplast hinweist.
Crédit: Tyler Coale
Diese Entdeckung könnte wichtige Implikationen nicht nur für die Zellbiologie, sondern auch für unser Verständnis der Evolution mariner Ökosysteme und ihrer Fähigkeit, Stickstoff zu fixieren, ein entscheidender Faktor für das Leben auf der Erde, haben.