Az egyik sejtnek hulladék, a másiknak táplálék – egy ilyen kapcsolatból akár elválaszthatatlan együttélés is kialakulhat. Az Ökológiai Kutatóközpont Evolúciótudományi Intézetének kutatói azt vizsgálták, mikor éri meg egy mikrobának a saját felszínéhez kötnie a partnerét. Modelljük a mitokondriumok kialakulásához vezető egyik lehetséges korai lépésre kínál magyarázatot.
A sejtjeink energiatermelésében meghatározó szerepet játszó mitokondriumok ősei egykor önálló baktériumok voltak. Több mint egymilliárd éve egy másik sejt belsejébe kerültek, és az együttélés tartóssá vált. De mi történhetett a beköltözés előtt? Miért érte meg a két félnek egyáltalán közel maradnia egymáshoz?
Az egyik elképzelés szerint a gazdasejt zsákmányként fogta el későbbi társát. Egy másik szerint a kapcsolat anyagcsere-együttműködéssel kezdődött: az egyik mikroba a másik által termelt anyagokat fogyasztotta. Ilyen kapcsolat ma is gyakori a mikrobák között. Azt azonban jóval nehezebb megmagyarázni, hogyan lesz a laza szomszédságból tartós fizikai együttélés.
Ezt a kérdést vizsgálta Nandakishor Krishnan, Zachar István, Kun Ádám és Garay József, az Evolúciótudományi Intézet kutatói, Chaitanya S. Gokhale társszerzővel. A PLOS Computational Biology folyóiratban megjelent tanulmányukban matematikai modellel keresték a választ: milyen körülmények között jár jól a gazdasejt, ha a felszínéhez köti az anyagcseretermékét fogyasztó partnert?
Ami az egyiknek teher, a másiknak táplálék
Az ötletet az élesztő példáján lehet szemléltetni. Erjedés közben alkoholt termel, amely felhalmozódva gátolja a saját szaporodását. Ha a közelében él egy másik faj, amely elfogyasztja az alkoholt, azzal az élesztő környezetét is tehermentesíti.
A segítségből azonban a szomszédos sejtek is részesülhetnek. Más a helyzet, ha megjelenik egy olyan élesztőváltozat, amely képes a saját felszínén tartani az alkoholt fogyasztó partnert. Ekkor a partner közvetlenül mellette távolítja el a növekedést gátló anyagot. Az egyik táplálékhoz jut, a másik számára kedvezőbbé válik a közvetlen környezet: mindkét fél nyerhet az együttéléssel.
Ennek a kapcsolatnak ugyanakkor ára is van. A gazdasejt felszínéhez tapadó partnerek helyet foglalnak el, így a gazda kisebb felületen fér hozzá a környezetében lévő tápanyagokhoz. Az összekapcsolódás akkor éri meg, ha a gátló anyag hatásának csökkenése nagyobb előnyt jelent, mint amekkora veszteséget a tápanyagfelvétel korlátozása okoz.
A modellben tehát az öngátlás, vagyis a saját anyagcseretermék növekedést fékező hatása a kulcs. Megfelelő feltételek mellett a felszínhez kötött partner annyira előnyössé teheti az együttélést, hogy a szabadon élő formák eltűnnek a modell rendszeréből, és csak az összekapcsolódott páros marad fenn.
Az együtt maradástól a beköltözésig
A kutatás azt mutatja meg, hogyan alakulhat ki anyagcsere-kapcsolatból ökológiailag stabil, sejtfelszíni együttélés, azaz ektoszimbiózis. Ehhez a gazdának még nem kell bekebeleznie a másik sejtet: a partner a külső felszínén marad.
Ez a kapcsolat a mitokondrium kialakulásának egyik lehetséges előzménye lehetett. A modell szerint az érintkezési felület növelése előnyös lehet, ami magyarázatot kínálhat arra is, miért jelenhettek meg a partnert körülvevő sejtfelszíni gyűrődések vagy nyúlványok.
A tényleges bekebelezés módja továbbra is nyitott kérdés. Érdekes párhuzam ugyanakkor, hogy a sejtmagvas élőlények legközelebbi élő rokonai közé tartozó Asgard archeáknál is megfigyelhetők hasonló nyúlványok. Hogy ezek ugyanilyen szerepet töltenek-e be, egyelőre feltételezés.
A modell eredményei laboratóriumban is tesztelhetők. Így vizsgálhatóvá válhat, milyen feltételek mellett lesz két külön élő mikroba kapcsolatából tartós sejtfelszíni együttélés – egy lehetséges lépés azon az úton, amely a mitokondriumok kialakulásához vezetett.
A tanulmány:
Krishnan N., Zachar I., Kun Á., Gokhale C. S., Garay J. (2026): Host-initiated microbial association leads to stable ectosymbiosis in an ecological model. PLOS Computational Biology, 22(9): e1014699.
https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1014699
Főkép: Vázlatos kép az ektoszimbiózis modelljéről a tanulmányból. Középen a gazdasejt (piros), mely a sejtfelszínére kihelyezett molekulákkal (Y) köti meg a szabadon úszkáló partnersejteket (kék).
