[Перевод] Стреляющий планктон: крохотные организмы орудуют впечатляющей артиллерией

Одноклеточные морские организмы отстреливают свою добычу при помощи сетей, как у Человека-паука и миниатюрных пулемётов Гатлинга.

Динофлагелляты под названием Nematodinium и Polykrikos – это микроскопический планктон, плавающих на поверхности существ, которых тоннами заглатывают киты. Но у упомянутых динофлагеллятов, одного из типов протист, жизнь наполнена собственной драмой. Они – охотники, поедающие другие динофлагелляты, для чего у них есть броня, микроскопическое военное снаряжение и даже химическое оружие.

Новое исследование обнаружило, что Nematodinium и родственные им динофлагелляты изобрели свой собственный тип оружия: и хотя они очень похожи на стрекательные клетки медуз, эти структуры эволюционировали независимо, возможно потому, что гонка вооружений проходила в мире планктона.

«Они могли бы быть полицейскими океана», – сказал Грегори Гавелис, исследователь, постдок в Аризонском государственном университете, руководивший исследованием динофлагеллятов, когда он работал в Университете Британской Колумбии. «У них нелепое количество оборудования для достижения целей».

Самые крутые клетки

Динофлагелляты – «объективно говоря, самые крутые клетки», – рассказал Гавелис. До этого он уже обнаружил, что у Nematodinium есть глазное пятно с линзой и светочувствительный пигмент; это значит, что, несмотря на одноклеточность, этот организм может в каком-то смысле видеть.

Необычный набор оружия Nematodinium называют нематоцистами. Гавелис с коллегами использовали сканирующий электронный микроскоп для получения изображений нематоцист как этого, так и другого хорошо вооружённого вида динофлагеллятов, Polykrikos kofoidii.

Они также впервые сняли на видео выстрел из оружия Polykrikos kofoidii.

Они увидели работу довольно сложных структур: у Nematodinium есть нематоцисты, собранные в виде розеток и выглядящие, как многоствольный пулемёт Гатлинга.

«Никто ещё не видел, как эти существа охотятся, поскольку Nematodinium встречаются чрезвычайно редко, – сказал Гавелис. – В отличие от пулемёта Гатлинга они, скорее всего, стреляют из всех этих капсул одновременно».

А у P. kofoidii всё ещё более странно. Эти динофлагелляты размещают капсулы на своей поверхности, и каждая из них снабжена пальцевидным выступом, тэниоцистом. Когда она встречается с жертвой, тэниоцист взрывается, выстреливая, как считает Гавелис, клейкую субстанцию, напоминающую паутину Человека-паука. Взрыв заставляет капсулу, нематоцисту, выстрелить скрученной в спираль трубочкой, на конце которой находится острый выступ в виде кинжала, стилет. Стилет проникает в жертву, спираль рассасывается, а жертва оказывается привязанной к хищнику-динофлагелляту своеобразным буксиром.

«Они используют буксир точно так, будто подтягивая рыбу, пойманную гарпуном», – говорит Гавелис.

И потом наступает время перекусить.

Polykrikos kofoidii

Независимая эволюция

Жалящие морские животные, медузы и другие стрекающие, тоже имеют в арсенале нематоцисты. Из-за этого, говорит Гавелис, уже давно существовали теории о том, что динофлагелляты и стрекающие произошли от далёкого общего родственника, обладавшего впечатляющим арсеналом защиты. Ещё одна возможность состоит в том, что динофлагелляты и стрекающие обменялись несколькими генами. Один вид динофлагеллятов обитает в симбиозе с кораллами, которые также относятся к стрекающим, что делает обмен генами возможным.

Гавелис с коллегами изучали геном гидры и сравнили её гены, отвечающие за нематоцисты, с генами одноклеточных. Также они сравнили белки, имеющиеся у стрекающих, с тем, что есть у динофлагеллятов.

И не обнаружили никаких связей. Гавелис говорит, что гены, строящие нематоцисты у динофлагеллятов, совершенно не похожи на гены, занимающиеся этим у стрекающих. Новые открытия, опубликованные в конце марта в журнале Science Advances, означают, что стрекающие и динофлагелляты самостоятельно получили в результате эволюции похожее оружие.

Гавелис подозревает, что динофлагелляты развили при помощи эволюции такое сложное охотничье снаряжение, потому что их добыча опасна для них – это другие динофлагелляты. Polykrikos, к примеру, пожирает планктон, отвечающий за токсические красные приливы. Протистам, питающимся бактериями, не нужно особое оружие, как говорит Гавелис, но возможно, что у динофлагеллятов хищники и жертвы проводят гонку вооружений с целью выживания.

Они с командой сейчас занимаются проверкой этой гипотезы, выясняя, будут ли динофлагелляты вырабатывать больше «орудий», если их оппозиция окажется лучше вооружённой. Если так, то количество вырабатываемых нематоцист должно будет зависеть от того, в какой компании они окажутся.

«Сейчас у нас, по сути, проходят микробные бои в клетках, где мы сталкиваем между собой разные виды», – говорит Гавелис.