Исследователи раскрыли важный секрет выживания первых растений на суше: они нашли ключ к тому, как они справлялись с губительным ультрафиолетовым излучением. Открытие сделали при изучении одноклеточной зелёной водоросли Mesotaenium endlicherianum — она относится к зигнематофитам, ближайшим известным родственникам наземных растений. Именно эта биологическая близость помогает понять, какой набор механизмов мог позволить растениям начать освоение суши более 500 миллионов лет назад. Результаты работы опубликованы в журнале Current Biology.
Когда растения впервые покинули водную среду, им пришлось противостоять множеству новых угроз — от обезвоживания и перепадов температур до интенсивного солнечного света. Особенно опасным было ультрафиолетовое излучение спектра B. Оно способно повреждать ДНК, разрушать белки и нарушать работу клеточных структур. Долгое время вопрос о том, как ранние растения преодолевали эту проблему, оставался открытым.
Ученые подвергли Mesotaenium endlicherianum воздействию ультрафиолета и наблюдали за реакцией клеток. Оказалось, что ответ наступал почти мгновенно. Уже в течение первого часа заметно снижалась эффективность фотосинтеза — это служило индикатором стресса. Параллельно в клетках запускались структурные изменения: формировались вакуоли, а хлоропласты меняли своё расположение.
Эти изменения свидетельствуют о том, что клетки активно защищают себя, возможно, за счет снижения поглощения света и локализации вредных побочных продуктов.
На молекулярном уровне защита оказалась еще сложнее. У водоросли активировался широкий спектр генов, отвечающих за реакцию на стресс; многие из них сохранились и у современных наземных растений. В работу включались белки, чувствительные к ультрафиолету, системы передачи сигналов стресса, механизмы восстановления поврежденной ДНК и регуляторы фотосинтеза. Кроме того, ученые зафиксировали активацию сигнальных сетей киназ — своеобразных молекулярных «коммутаторов», координирующих клеточные реакции, — а также элементов гормональных сигнальных путей.
Еще одним слоем защиты стала выработка химических соединений. Водоросль производила множество фенольных веществ, известных как природные солнцезащитные агенты и антиоксиданты. При этом исследователи обнаружили и ряд ранее неизвестных химических производных — это говорит о наличии уникальных, ещё не изученных метаболических путей.
Работа дает комплексную модель того, как ранние родственники растений реагировали на ультрафиолет. Многие из этих механизмов, вероятно, существовали еще до выхода растений на сушу и стали фундаментом для наземной жизни. Практическая ценность открытия тоже велика: понимание древних стратегий стрессоустойчивости может помочь в создании сельскохозяйственных культур, лучше приспособленных к неблагоприятным условиям окружающей среды.
Ранее Наука Mail рассказывала, что захватывающим Атлантику водорослям нашли применение.
