Eencellige algen die bekend staan als diatomeeën, waarvan lang werd gedacht dat ze zich ongeslachtelijk voortplanten, bleken recenter dartel dan verwacht.
Onderzoekers ontdekten dat diatomeeën zich wel met seksuele voortplanting bezighouden - en vooral als ze in aanwezigheid zijn van de verbinding ammonium, een afvalproduct dat door de meeste dieren wordt gegenereerd.
Eerder hadden wetenschappers de volledige levenscyclus waargenomen in amper een handvol diatomeeënsoorten, en zelfs onder goed bestudeerde diatomeeën was seksuele reproductie nog nooit gezien, schreven de onderzoekers in de studie, die op 7 juli online werd gepubliceerd in het tijdschrift PLOS ONE.
De auteurs van het onderzoek ontdekten echter dat ze de diatomee konden manipuleren Thalassiosira pseudonana om zijn celstructuren te veranderen in mannelijk of vrouwelijk. Alles wat ze moesten doen was een van de factoren elimineren die de diatomee nodig had om te groeien - zoals licht of fosfor - en vervolgens ammonium introduceren, en de diatomeeën zouden zich differentiëren in mannelijke en vrouwelijke cellen.
'Onze ontdekkingen lossen twee hardnekkige mysteries op die de diatomeeënonderzoekers hebben geplaagd', zegt co-auteur Kimberly Halsey, een microbioloog aan de Oregon State University, in een verklaring.
'Ja, ze hebben seks en ja, we kunnen ervoor zorgen dat ze het doen,' zei Hasley.
Diatomeeën zijn protisten, een diverse groep die bestaat uit eencellige organismen waarvan de lichamen celwanden en sterk georganiseerde interieurs hebben, met een kern en een reeks gespecialiseerde structuren die organellen worden genoemd. Er zijn naar schatting 200.000 diatomeeënsoorten in de wereld en ze zijn overal te vinden waar vloeibaar water is.
Hoewel ze klein zijn, spelen diatomeeën een belangrijke, maar ongeziene rol in de koolstofcyclus van de aarde - mariene diatomeeën genereren zuurstof door fotosynthese - en in cyclisch silica, dat ongeveer 25 procent van de aardkorst uitmaakt en welke diatomeeën opnemen in structuren in hun celwanden.
Maar er is heel weinig bekend over hoe de meeste diatomeeën groeien en zich voortplanten. T. pseudonana is een van de slechts twee diatomeeën waarvan het genoom is gesequenced, waardoor het een perfecte kandidaat is voor het identificeren van veranderingen op genetisch niveau die kunnen worden gekoppeld aan seksuele kenmerken - en eerdere studies hadden zelfs genen geïdentificeerd die nodig waren voor seksuele reproductie, maar bepaald dat ze inactief waren, meldden de wetenschappers in de nieuwe studie.
Ammonium bleek het ontbrekende ingrediënt te zijn. Het veroorzaakte een opeenstapeling van genetische reacties die ei- en spermastructuren produceerden. Maar dat was niet alles - meer dan 1.200 genen begonnen ook anders te presteren wanneer ammonium aanwezig was, hoewel de effecten van die veranderingen nog niet duidelijk zijn, schreven de auteurs van het onderzoek. Door ammonium aan te wijzen als een van de factoren die diatomeeën ertoe aanzetten seksueel te reproduceren, kunnen wetenschappers het gedrag blijven repliceren om het verder te bestuderen, aldus Halsey.
"Het identificeren van ammonium als inductor van seksualiteit opent mogelijk de deur naar nieuwe wegen voor onderzoek naar veredeling en genetische modificatie om belangrijke eigenschappen te beheersen," zei Halsey in de verklaring.
