Endosymbioza pierwotna to proces, w którym komórka prokariotyczna jest wchłaniana przez komórkę eukariotyczną i ewoluuje poza zwykłą symbiozę, stając się organellą.

To odkrycie jest istotne, ponieważ pierwotna endosymbioza jest uważana za kluczowy mechanizm w ewolucji eukariotycznych komórek, co prowadzi do zrozumienia powstania bardziej złożonych form życia na Ziemi.

W przeszłości podobne zdarzenia doprowadziły do powstania mitochondriów i chloroplastów, które są niezbędne dla procesów energetycznych i fotosyntezy w komórkach roślinnych i innych eukariotów. Pierwsza z nich miała miejsce ok. 2,2 mld lat temu, kiedy to wczesna komórka eukariotyczna (komórka z jądrem) pochłonęła, lecz nie strawiła, bakterię tlenową, która potrafiła efektywnie wytwarzać energię. Bakteria ta okazała się korzystna dla komórki gospodarza, ponieważ umożliwiła jej wydajniejszą produkcję energii. Z czasem pochłonięta bakteria i komórka gospodarza rozwinęły wzajemnie korzystną relację. Bakteria dostarczała komórce energii w postaci ATP (adenozynotrifosforanu) poprzez procesy tlenowego oddychania, a w zamian komórka zapewniała bakterii ochronę i niezbędne surowce. Stopniowo, bakteria przekazywała część swojego materiału genetycznego do jądra komórki gospodarza, tracąc wiele swoich pierwotnych funkcji. Proces ten przekształcił bakterię w stały element komórki gospodarza, który dziś rozpoznajemy jako mitochondrium.

Mniej więcej miliard lat temu sytuacja powtórzyła się z chloroplastem i dzięki temu powstały rośliny.

Teraz w Berkeley Lab badacze opisali kolejny przypadek endosymbiozy pierwotnej i wykazali, że gatunek glonów o nazwie Braarudosphaera bigelowii pochłonął cyjanobakterię, która pozwala im zrobić coś, czego algi i rośliny nie potrafią, czyli 'wiązanie’ azotu prosto z powietrza i łączenie go z innymi pierwiastkami w celu wytworzenia bardziej przydatnych związków. Azot jest kluczowym składnikiem odżywczym i zwykle rośliny i glony uzyskują go dzięki symbiotycznym związkom z pozostającymi oddzielnie bakteriami. To może mieć kluczowe znaczenie dla budowania większej efektywności energetycznej roślin i odporności na bardziej wymagające warunki klimatyczne.

Odkrycie organellum nitryfikującego rzuca nowe światło na możliwości metaboliczne komórek eukariotycznych i ich ewolucyjną plastyczność. Może także otworzyć nowe ścieżki badawcze dotyczące biotechnologii i inżynierii genetycznej, oferując nowe metody manipulacji i optymalizacji funkcji komórkowych w celach medycznych i technologicznych.