Evolusi dalam Aksi? Organel Pengikat Nitrogen Mungkin Menjadi Lompatan Besar Alam Berikutnya
Para peneliti telah menemukan bahwa spesies cyanobacteria UCYN-A, dalam hubungan simbiosis dengan ganggang laut, menunjukkan karakteristik berevolusi menjadi organel pengikat nitrogen. Terobosan ini memberikan perspektif baru pada tahap awal evolusi organel dan potensi kemajuan signifikan dalam memahami evolusi seluler.
Nitrogen adalah nutrisi penting bagi semua kehidupan di Bumi. Meskipun gas nitrogen (N2) berlimpah di atmosfer, sebagian besar gas tersebut masih tidak dapat diakses oleh banyak bentuk kehidupan sampai ia mengalami fiksasi nitrogen. Proses penting ini mengubah dinitrogen menjadi amonium, sumber penting nitrogen anorganik.
Meskipun terdapat bakteri yang mampu mereduksi dinitrogen menjadi amonium, para peneliti di Universitas Rhode Island, Institut de Ciències del Mar di Barcelona, Universitas California di Santa Cruz, dan Institut Teknologi Massachusetts telah menemukan organisme simbiosis pengikat nitrogen yang menunjukkan perilaku yang mirip dengan organel. Faktanya, para peneliti berpendapat bahwa organisme simbiosis ini – UCYN-A, a jenis cyanobacteria – mungkin memiliki karakteristik mirip organel yang berevolusi. Studi mereka baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Sel.
Hubungan Simbiosis dan Implikasinya
UCYN-A hidup dalam hubungan simbiosis dengan kelompok ganggang laut yang berkerabat dekat, B.bigelowii, di wilayah laut terbuka yang seringkali rendah nutrisi. Kebanyakan bakteri pengikat nitrogen memiliki mekanisme untuk mengatur penggunaan dinitrogen ketika sumber nitrogen tetap tersedia, sehingga mengurangi biaya energi yang tinggi dari proses ini. Namun, UCYN-A telah kehilangan gen yang memungkinkan hal ini dan mampu mengubah gas nitrogen menjadi amonium bahkan di lingkungan yang kaya nutrisi. Inang, pada gilirannya, menyediakan karbon yang difiksasi secara fotosintesis oleh kloroplasnya.
Studi ini merinci bagaimana para peneliti menemukan hubungan ukuran antara UCYN-A dan sel mitra simbiosisnya – konsisten dengan hubungan ukuran antara organel lain dan inangnya. Ketika organel bertambah besar, sel inangnya juga membesar – yang pada akhirnya membelah dan bereplikasi. Pemodelan matematika mengungkapkan pertukaran metabolik yang mengatur ukuran sel relatif melalui perolehan dan pertukaran nutrisi.
Jalur Evolusi Organel Pengikat Nitrogen
“Hal ini memerlukan banyak energi dan juga elektron untuk memfiksasi gas nitrogen, agar menjadi sesuatu yang berguna,” kata Keisuke Inomura, asisten profesor oseanografi di Sekolah Pascasarjana Oseanografi URI dan salah satu penulis utama studi tersebut. “Jika UCYN-A bergerak sepanjang jalur evolusi menuju pengembangan menjadi organel pengikat nitrogen dan kami menemukan sel selain B.bigelowii juga memiliki organel seperti itu, atau berevolusi dengan cara yang sama, hal ini dapat menjadi sebuah terobosan baru.”
Meskipun organel seperti mitokondria dan kloroplas berada jauh di spektrum evolusi, para peneliti berpendapat bahwa apa yang mereka lihat mungkin merupakan gambaran proses evolusi organel turunan bakteri yang bersifat pengikat nitrogen.
“Studi kami berfokus pada hubungan simbiosis yang jauh lebih baru yang muncul sekitar 100 juta tahun yang lalu, memungkinkan kami untuk mengeksplorasi evolusi pembentukan organel pada tahap awal,” jelas Francisco Cornejo, salah satu penulis utama dan peneliti pascadoktoral di departemen kelautan. biologi dan oseanografi di Institut de Ciències del Mar.
Namun para peneliti mencatat bahwa diperlukan penelitian lebih lanjut untuk menunjukkan apakah hal ini benar.
“Hubungan yang sangat erat antara UCYN-A dan tuan rumahnya dapat dijelaskan oleh ekonomi sumber daya para mitra. Hal ini menunjukkan bahwa UCYN-A mungkin berada di jalur untuk menjadi organel: apakah sudah demikian, masih menjadi subjek penelitian yang sedang berlangsung,” kata Michael J. Follows, profesor ilmu bumi, atmosfer, dan planet di DENGAN dan anggota tim peneliti.
Referensi: “Pertukaran metabolik membatasi rasio ukuran sel dalam simbiosis pengikat nitrogen” oleh Francisco M. Cornejo-Castillo, Keisuke Inomura, Jonathan P. Zehr dan Michael J. Follows, 11 Maret 2024, Sel.
DOI: 10.1016/j.cell.2024.02.016
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
