Mimo swojej wszechobecności i zróżnicowanych ról, okrzemki morskie - główny komponent fitoplanktonu występującego obficie w oceanie, tworzący tym samym podstawę morskiego łańcucha pokarmowego - pozostają owiane tajemnicą. Niedawno finansowane ze środków unijnych międzynarodowe konsorcjum naukowców odkryło, że co najmniej jeden gatunek okrzemków - Phaeodactylum tricornutum - wykorzystuje ścieżkę molekularną stwierdzoną wcześniej jedynie u ssaków, mianowicie cykl mocznikowy.

Badania, których wyniki opisano w czasopiśmie Nature z 12 maja, zostały częściowo dofinansowane z projektu DIATOMICS (Zrozumienie biologii okrzemków poprzez metodologie genomiki funkcjonalnej), który otrzymał 1,8 mln EUR z tematu "Nauki o życiu, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR) Komisji Europejskiej.

Cykl mocznikowy to ścieżka metaboliczna wykorzystywana przez ssaki do odprowadzania nadmiaru azotu do mocznika i usuwania go z organizmu. Jednak wydaje się on pełnić znacznie szerzej nakreśloną rolę u okrzemków. W ich przypadku cykl mocznikowy ma kluczowe znaczenie dla rozprowadzania i recyklingu węgla nieorganicznego i azotu oraz wspomaga okrzemki w dochodzeniu do siebie po krótkotrwałych niedoborach substancji odżywczych.

Naukowcy odtworzyli w laboratorium zjawisko upwellingu obserwowane w oceanach. Polega ono na ruchu wznoszącym wody bogatej w substancje odżywcze z głębin oceanu na powierzchnię, gdzie są rozprowadzane w dużych ilościach. Okrzemki zareagowały niezwłocznie na dostępność zwiększonej ilości pożywienia poprzez przyspieszenie tempa metabolizmu i rozwoju.

Odpowiedzialne za tę zdolność uznaje się geny, które znalazły się w genomie okrzemków za pośrednictwem poziomego transferu - ruchu genów między luźno spokrewnionymi organizmami. W toku wcześniejszych badań naukowcy odkryli, że niektóre z genów okrzemków mają odpowiedniki w chloroplastach i bakteriach, co stanowi dowód na to, jak wiele jeszcze pozostaje niewiadomych w stosunku do tych wieloaspektowych organizmów.

Posuwając się o krok dalej na tej ścieżce badań, naczelny autor artykułu dr Andrew Allen z Instytutu J. Craiga Ventera w USA wraz z kolegami zbadał mechanizmy komórkowe wykorzystywania substancji odżywczych w środowisku. Dzięki temu odkryto, że metabolity cyklu mocznikowego ułatwiają okrzemkom dochodzenie do siebie po krótkotrwałym niedoborze substancji odżywczych.

"Wydaje się, że cykl mocznikowy u zwierząt, który ma zasadnicze znaczenie dla eksportu komórkowego odpadów węglowych i azotowych, został przejęty z pradawnej ścieżki, wykształconej pierwotnie jako mechanizm recyklingu i odzyskiwania azotu i węgla" - wyjaśnia dr Allen. Innymi słowy okrzemki przeszły zasadniczo odmienną ścieżkę ewolucyjną niż zielenice czy inne blisko spokrewnione organizmy.

"Badania te przynoszą fascynujące informacje na temat sposobu, w jaki okrzemki ewoluowały, aby stać się dominującymi, podstawowymi producentami na wielu obszarach oceanicznych" - dodaje dr David Garrison, dyrektor programu z Wydziału Nauk Oceanicznych Krajowej Fundacji Nauki w USA, która dofinansowała badania wraz z Komisją Europejską.

Okrzemki znajdują się na początku morskiego łańcucha pokarmowego i przypisano im absorpcję takich ilości dwutlenku węgla - głównego gazu cieplarnianego - jakie są wchłaniane przez wszystkie tropikalne lasy deszczowe na świecie. Poza odżywianiem wszelkiego typu zwierząt i pomocą w utrzymywaniu bilansu węglowego planety, te jednokomórkowe organizmy są również cenione przez naukowców za wskaźniki tego, czy woda jest uboga w minerały i substancje odżywcze albo zanieczyszczona.

© Unia Europejska 2005-2011

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Allen, A. E., et al. (2011) Evolution and metabolic significance of the urea cycle in photosynthetic diatoms, Nature, publikacja z dnia 12 maja. DOI: 10.1038/nature10074