Jerald Pinson, Florida Təbiət Tarixi Muzeyi

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriLobya bitkisinin düyünləri Swartzia polyphylla. Kredit: Euan James

Alimlər yeni bir araşdırmada bitkilərin azot fiksasiya edən bakteriyaları tanımaq üçün istifadə etdiyi kimyəvi reseptorların konvergent təkamül adlanan proses vasitəsilə ən azı üç ayrı vəziyyətdə müstəqil olaraq eyni funksiyanı inkişaf etdirdiyini göstərdilər.

“Paxla başqa mənada yerə ağır məhsul deyil, hətta peyin kimi görünür… ona görə də Makedoniya və Tesaliya xalqı çiçək açanda torpağı çevirir.”

Botanikanın atası sayılan yunan filosofu Teofrast, eramızdan əvvəl 350-287-ci illər arasında bitkilərin müzakirəsinə həsr olunmuş ilk kitabda əvvəlki hissəni yazdı.

2000 ildən bir qədər çox sonra insanlar bunun səbəbini anladılar. Bir çox paxlalı bitkilər və yaxından əlaqəli digər növlər öz köklərində bir növ bakteriya becərirlər ki, bu da atmosfer azotunu -bitkilərin əldə edə bilmədiyi – bitkilərin istifadə edə biləcəyi bir şeyə aktiv şəkildə çevirir.

Əsrlər boyu insanlar məhsuldarlığı artırmaq üçün lobya bitkiləri yetişdirməklə bu bioloji hiylədən öz üstünlükləri üçün istifadə ediblər. İndi bunun necə işlədiyini bilən elm adamları simbiozu genetik mühəndislik vasitəsilə digər növlərə ötürməklə bu təcrübəni bir addım da irəli aparmaq istəyirlər.

Amma ora çatmaq asan olmayacaq. Elm adamları bu simbiozun neçə dəfə inkişaf etdiyini belə bilmirlər, bu, bitkilər və bakteriyalar arasında paylaşılan kompleks əlaqəni anlamaq üçün vacib bir məlumatdır. Bu qrupdakı bir çox bitki növləri simbiozdan məhrumdur, yəni ya bir dəfə təkamül keçirib, sonra onlarla dəfə itirilib, ya da konvergent təkamül yolu ilə ayrı-ayrılıqda yaranıb.

Florida Təbiət Tarixi Muzeyi də daxil olmaqla bir neçə qurumun tədqiqatçıları bu yaxınlarda müəyyən ediblər ki, bitkilərin torpaqda azot fiksasiya edən bakteriyaları tanımaq üçün istifadə etdiyi kimyəvi reseptorlar müstəqil olaraq ən azı üç dəfə təkamül keçiriblər. Nəticələr paxlalı bitkilərin və onların qohumlarının 100 milyon ildən çox əvvəl yaşamış uzaq əcdaddan simbioz meylini miras aldıqları barədə uzun müddətdir mövcud olan nəzəriyyəni dəstəkləyir .

Florida Muzeyinin görkəmli professoru, tədqiqatın həmmüəllifi Duqlas Soltis, “Bunun ardınca çox güman ki, bir sıra ayrı mənşələr, eləcə də bu qrupda təkrarlanan itki hadisələri izlədi”. “Bu araşdırma, ilk dəfə olaraq, Romaya gedən başqa yolların olduğunu göstərir. Azot fiksasiya edən simbioza çatmağın bir çox yolu var.”

Müəlliflər öz nəticələrini “ Proceedings of the National Academy of Sciences” jurnalında dərc ediblər .

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1751428779&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1759308145&rafmt=1&armr=3&format=540×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-09-receptors-nitrogen-bacteria-evolved-independently.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQwLjAuNzMzOS4yMDgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxNDAuMC43MzM5LjIwOCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MC4wLjczMzkuMjA4Il1dLDBd&abgtt=6&dt=1759308144985&bpp=1&bdt=144&idt=-M&shv=r20250929&mjsv=m202509240101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3De2af2bea6b3e2e90%3AT%3D1735548424%3ART%3D1759308139%3AS%3DALNI_MZIaWdAh-lthHlhpkWN2g6ZC7xT8A&gpic=UID%3D00000f8412a58936%3AT%3D1735548424%3ART%3D1759308139%3AS%3DALNI_MaJ_6ILTTPz6uEc3lU2rNf9ZPgQbA&eo_id_str=ID%3D87e2ccb6da8adec8%3AT%3D1751372215%3ART%3D1759308139%3AS%3DAA-AfjZUvMhCDRLD_DCppu51g7Xx&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=3716457031692&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=5&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=2573&biw=1521&bih=730&scr_x=0&scr_y=0&eid=42532524%2C95372358%2C31094909%2C95368093&oid=2&pvsid=4888723056890742&tmod=1799667998&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C730&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=166

Azot əvvəlcə məhdudlaşdı, sonra Yerdəki həyat potensialını açdı

Təxminən 3,2 milyard il əvvəl, ilk fotosintetik bakteriyaların havanı oksigenlə doldurmasından çox əvvəl Yerdəki həyat ciddi bir maneə ilə üzləşdi. Bu dövrdə yaşayan təkhüceyrəli orqanizmlər, tez-tez stromatolitlər adlanan canlı qayalara yığılan qalın həsirlərdə böyüdülər, lakin məhdud tikinti materialı ehtiyatı onlara mane olurdu.

Xüsusilə, onlar azotdan məhrum idilər, bu azot atmosferdə bol idi və var, lakin həzm etmək çətin idi. Elementar azot yeddi proton və yeddi elektrondan ibarət neytral yükə malikdir. Bu elektronlardan dördü bir-biri ilə cütləşərək sabit tərəfdaşlıq yaradır, lakin qalan üçü tək atomun nüvəsi ətrafında fırlanır, hamısı maqnit olaraq tərəfdaşa can atır.

Bu səbəbdən vəhşi təbiətdə heç vaxt elementar azot tapa bilməzsiniz. İki azot atomu kifayət qədər yaxınlaşdıqda, üç tək elektron bir-birinə inanılmaz dərəcədə güclü üçlü bağda bağlanaraq dinitrogen əmələ gətirir.

Dinitrogen milyonlarla neytral molekuldan sadəcə biridir, lakin bunlar arasında ikinci ən güclü elektrik bağına malikdir. Bu, azotdan diatomik formada istifadə edə bilməyən Yerdəki həyat üçün böyük bir narahatlıqdır.

Bioloji cəhətdən faydalı olmaq üçün dinitrogen əvvəlcə fermentlərin işləməsi üçün daha asan olan bir şeyə çevrilməlidir. Həyatın ən erkən formalarının bunu etmək qabiliyyəti tamamilə yox idi, bu da o deməkdir ki, onlar dinitrogenin üçlü bağını qırmaq üçün kifayət qədər istilik yaradan yeganə atmosfer proseslərindən ikisi olan ildırımların məhdud azot tədarük zəncirinə və arabir meteorların təsirinə etibar etməli idilər .

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Tək bir dinitrogen molekulunun atmosferdən çıxması üçün bir milyard il lazımdır və bu, sadəcə olaraq mikrobların artan tələbatını ödəmək üçün kifayət qədər sürətli deyildi.

Xoşbəxtlikdən dinitrogenin zəif yeri var; əks halda həyat heç vaxt çoxhüceyrəliliyə çata bilməzdi.

Dinitrogenin üç cüt bir-birinə bağlı elektronunun yalnız ekstremal ekoloji şəraitdə ayrıla bildiyi doğru olsa da, nadir hallarda onlar digər elementar tərəfdaşlarla əlaqə saxlamağa və onları buraxmağa təşviq edilə bilər.

Bütün elektronları ilə dinitrogen əsasən təsirsizdir. Siz onu hər cür digər elementlər və molekullarla bir sınaq borusuna ata bilərsiniz və əksər hallarda dinitrogen sonrakı kimyəvi reaksiyaların heç birində iştirak etməyəcəkdir.

Müəyyən metal növləri ilə birləşdirildikdə, dinitrogenin üçlü bağı gücünün bir hissəsini itirir. Erkən prokaryotlar bu zəiflikdən istifadə edərək, bir dəstə dəmir atomunu və tək bir molibden atomunu birləşdirərək ferment əmələ gətirir və protonları ona vururdular. Nitrogenaza adlanan ferment dinitrogeni zəifləmiş vəziyyətdə tutur və protonların yaylım atəşi bağı parçalayır və nəticədə orqanizmlərin asanlıqla emal edə və hüceyrələrinə daxil edə biləcəyi ammonyak əmələ gətirir.

Problem həll olundu və həyat çoxaldı, ancaq ondan sonra gələn bir çox çoxhüceyrəli orqanizmlər heç vaxt özlərinə məxsus bir azot fiksasiya edən fermenti təkamül etməkdən çəkinmədilər. Bu, azot fiksasiyasının biologiyanın ən enerjili, ən bahalı metabolik proseslərindən biri olması ilə əlaqəli ola bilər, onun bağının gücünə uyğundur.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1751428779&adf=1092384543&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1759308145&rafmt=1&armr=3&format=540×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-09-receptors-nitrogen-bacteria-evolved-independently.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQwLjAuNzMzOS4yMDgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxNDAuMC43MzM5LjIwOCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MC4wLjczMzkuMjA4Il1dLDBd&abgtt=6&dt=1759308144985&bpp=1&bdt=145&idt=-M&shv=r20250929&mjsv=m202509240101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3De2af2bea6b3e2e90%3AT%3D1735548424%3ART%3D1759308139%3AS%3DALNI_MZIaWdAh-lthHlhpkWN2g6ZC7xT8A&gpic=UID%3D00000f8412a58936%3AT%3D1735548424%3ART%3D1759308139%3AS%3DALNI_MaJ_6ILTTPz6uEc3lU2rNf9ZPgQbA&eo_id_str=ID%3D87e2ccb6da8adec8%3AT%3D1751372215%3ART%3D1759308139%3AS%3DAA-AfjZUvMhCDRLD_DCppu51g7Xx&prev_fmts=0x0%2C540x280&nras=1&correlator=3716457031692&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=5&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=5024&biw=1521&bih=730&scr_x=0&scr_y=0&eid=42532524%2C95372358%2C31094909%2C95368093&oid=2&pvsid=4888723056890742&tmod=1799667998&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C730&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=167

Fotosintez üçün kimyəvi tənliyə görə, bir karbon qazı molekulunu fiksasiya etmək üçün üç molekul adenozin trifosfat (ATP) lazımdır. Bir dinitrogen molekulu üçün eyni şeyi etmək üçün 16 ATP lazımdır. Bu, yeganə əlaqəli xərc deyil.

Xatırladaq ki, nitrogenaz fermenti əsasən dəmirdən ibarətdir və polad aləti yağışda çöldə qoyan hər kəs təsdiq edə bilər ki, dəmir oksigenə yüksək dərəcədə reaktivdir. Beləliklə, azot fiksasiya edən bakteriyaların əlavə vəzifəsi var ki, oksigeni fermentdən uzaq tutsun ki, onun paslanmasının qarşısını almaq üçün çox iş tələb olunur. Bir növ siyanobakteriya üzərində aparılan bir araşdırmada tədqiqatçılar günün müəyyən vaxtlarında oksigenin çıxarılmasının hüceyrənin enerjisinin ən böyük payını, hətta faktiki azot fiksasiya prosesinin özündən daha çox sərf etdiyini tapdılar.

Nəticədə, prokaryotlar hələ də planetimizdə 3 milyard illik təkamüldən sonra dinitrogeni parçalaya bilən yeganə canlılardır. Bu, kökləri və ayaqları təkamül edərək quruya keçid edərkən həyatın tutduğu istiqamətə ciddi təsir göstərdi. Müasir yerüstü mühitlərdə azot çatışmazlığı bitki böyüməsi üçün əsas məhdudiyyətdir, bundan sonra su, sonra fosfor gəlir.

Lakin bitkilər ağıllıdırlar və illər keçdikcə azot tutmaq üçün bir sıra strategiyalar inkişaf etdirdilər. Ən diqqətəlayiq və dəhşətli dərəcədə günəş çəmənləri, Venera milçək tələləri, sidik ağacı və küp bitkiləri tutduqları və istehlak etdikləri böcəklərdən ehtiyac duyduqları azotu alaraq şiddətə əl atdılar.

Digər bitkilər, qədim prokaryotik qohumları ilə ikisinin qarşılıqlı faydalı tərəfdaşlıq qurduğu bir müqavilə bağlayaraq daha sülh yolu ilə həll yolu seçdilər. Otaq və taxta əvəzində azot fiksasiya edən bakteriyalar istehsal etdikləri ammonyakın bir hissəsini bitki sahiblərinə verirlər.

Bəzi lələk mamırları, məsələn, yarpaqlarının uclarını qatlayaraq, azot fiksasiya edən bakteriyaların böyüməsi üçün izolyasiya edilmiş bir mühit təmin edir. Azot fiksatorları ilə dolu gizli, daxili otaqları və kökləri yolunu azmış və yerdən böyüyən, içəridə yaşayan fotosintetik azot fiksatorlarını işıqla dolduran sikadlar adlanan qəribə bitkilərlə dolu su qıjıları var.

Meksikadan gələn nadir qarğıdalı bitkisi sonuncu strategiyanın öz versiyasını inkişaf etdirdi, lakin onun hava kökləri səxavətli selikli təbəqə ilə örtülmüşdür. Ancaq bunlar, əksər hallarda, təcrid olunmuş hallardır.

Azot fiksasiyasının əsl botanika çempionları, kökləri tərəfindən istehsal olunan yeraltı düyünlərdə bakteriyaları saxlayan bitkilərdir. Bu nodüllərin funksiyası əvvəlcə 1880-ci illərdə işləyən bir cüt alman botanikləri Hermann Hellriegel və Hermann Wilfarth tərəfindən lobya ailəsində kəşf edilmişdir. O vaxtdan bəri nodüllər lobya ailəsindəki minlərlə növdə və təsadüfi və əlaqəli olmayan ailələrdəki yüzlərlə digər növdə təsdiqləndi. Bunlara ağcaqayın, çətənə, mum mərsin, ağtikan və qızılgül ailələri daxildir.

Bu vəhşicəsinə fərqli qrupların ortaq göründüyü yeganə şey düyünlərin olması idi ki, bu da onların bir-birindən asılı olmayaraq, konvergent təkamül adlı bir fenomen vasitəsilə eyni yeniliyə nail olduqlarını göstərirdi.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1751428779&adf=3984658916&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1759308145&rafmt=1&armr=3&format=540×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-09-receptors-nitrogen-bacteria-evolved-independently.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQwLjAuNzMzOS4yMDgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxNDAuMC43MzM5LjIwOCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MC4wLjczMzkuMjA4Il1dLDBd&abgtt=6&dt=1759308144985&bpp=1&bdt=145&idt=-M&shv=r20250929&mjsv=m202509240101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3De2af2bea6b3e2e90%3AT%3D1735548424%3ART%3D1759308139%3AS%3DALNI_MZIaWdAh-lthHlhpkWN2g6ZC7xT8A&gpic=UID%3D00000f8412a58936%3AT%3D1735548424%3ART%3D1759308139%3AS%3DALNI_MaJ_6ILTTPz6uEc3lU2rNf9ZPgQbA&eo_id_str=ID%3D87e2ccb6da8adec8%3AT%3D1751372215%3ART%3D1759308139%3AS%3DAA-AfjZUvMhCDRLD_DCppu51g7Xx&prev_fmts=0x0%2C540x280%2C540x280&nras=1&correlator=3716457031692&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=5&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=7138&biw=1521&bih=730&scr_x=0&scr_y=0&eid=42532524%2C95372358%2C31094909%2C95368093&oid=2&pvsid=4888723056890742&tmod=1799667998&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C730&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=4&uci=a!4&btvi=3&fsb=1&dtd=167

Sonra, 1990-cı illərdə Florida Muzeyindən Pamela və Duqlas Soltis qəribə bir şey tapdılar. O vaxta qədər elm adamlarının şeylərin bir-biri ilə necə əlaqəli olduğunu anlamaq üçün gördüyü işlərin əksəriyyəti morfologiyaya əsaslanırdı. Bu yanaşmadan istifadə edərək, bir-birinə bənzəyən iki növ, fərqli görünən növlərdən daha yaxından əlaqəli hesab edildi. Elm adamları 1970-ci illərdə DNT-ni necə ardıcıllaşdıracağını anlayanda, bu təsnifat sisteminin nə qədər qeyri-kafi olduğu tez bir zamanda aydın oldu. Bir qrupa aid olduğu düşünülən hər cür şeylər başqa bir qrupda olduğu ortaya çıxdı.

Ən təəccüblü döngələrdən birində Soltislər göstərdi ki, düyünlü növlərə malik bütün fərqli ailələr əslində bir-birinin ən yaxın qohumlarıdır və bir qrupa aid idilər.

Duqlas Soltis xatırladı: “Biz bunu ağıllıca azot fiksasiya edən təbəqə adlandırdıq”.

Azot fiksasiya edən təbəqədəki hər şey 110 milyon il əvvəl səltənətdə yaşayan tək bir əcdaddan inkişaf etmişdir. Bu, öz növbəsində, düyünlərin yaradılması üçün əsas genetik çərçivənin bu qədim əcdadda yalnız bir dəfə təkamül etdiyini və sonra nəsillərinə ötürülməsini nəzərdə tuturdu.

Başqa təsirləri də var idi. Azot fiksasiya edən təbəqədəki hər şey azotu bərkitməyə qadir deyil. Bu qrupdakı 30.000-ə yaxın növdən elm adamları yalnız 8.000-də düyünləri müşahidə ediblər. Əgər düyünlər, məlumatlardan göründüyü kimi, yalnız bir dəfə təkamül etmişdisə, o zaman artıq olmayan nəsillərdə dəfələrlə itirilməlidir.

Elm adamları o vaxtdan bəri cavabı geri və irəli atdılar. Bəzi ailələrdə düyünlər yalnız bir dəfə inkişaf edib və sonra yox olub? Yoxsa, yaxın qohumluqlarına baxmayaraq, azot fiksasiya edən qrupdakı bəzi ailələr digərlərindən az və ya çox müstəqil olaraq düyünlər inkişaf etdirdilər?

Sual gizli görünə bilər, amma nəticədə çox şey var. İnsanlar dinitrogenin sənaye miqyasında necə parçalanacağını 20-ci əsrdə anladılar və biz o vaxtdan bəri onun tonlarını gübrə şəklində kənd təsərrüfatı sahələrinə atdıq. Bu yenilik əhalimizə indiki rekord həddə – 8 milyard insana çatmağa imkan verdi və çoxlu gözlənilməz ekoloji fəlakətlərə səbəb oldu.

Elm adamları, bakteriya üçün nodüllər istehsal etmək üçün bitki bitkilərini genetik olaraq dəyişdirməyin bir yolunu tapa bilsələr, fermerlər gübrəyə böyük miqdarda pul qənaət edəcək və sənaye kənd təsərrüfatının ekoloji xərcləri əhəmiyyətli dərəcədə azalacaq.

Bunun baş verməzdən əvvəl elm adamları tək əcdad tərəfindən ötürülən düyünlərin istehsalına nəzarət edən bir gen dəsti olub-olmadığını və ya düyünlərin hər cür müxtəlif genlərlə istər-istəməz edilə biləcəyini bilməlidirlər. İndiyə qədər heç bir konsensus olmayıb.

Bitkilər kömək çağırır və bakteriyalar cavab verir

Bununla belə, irəliləyiş var. Alimlər bu sualı müxtəlif rakurslardan həll etdilər və bitkilərin və azot fiksasiya edən bakteriyaların qarşılıqlı əlaqəsi və düyünlərin necə əmələ gəldiyi haqqında çox şey öyrəndilər.

Düyün meydana gətirə bilən yeni bitkilər birbaşa toxumdan çıxan bakteriyalarla təchiz olunmur. Əksinə, özləri üçün tapmalıdırlar. Azot fiksasiya edən təbəqənin əksər növləri Rhizobium cinsinin bakteriyaları ilə əlaqə qurur. Bir neçə başqaları, bitki düyünlərini tədqiq edən ilk qabaqcıl botaniklərdən biri olan və ümumiyyətlə “simbioz” termininin işlənməsinə aid edilən şəxs Albert Bernhard Frankın adını daşıyan bir bakteriya cinsi olan Frankia ilə cütləşirlər.

Torpaqda Rhizobium və Frankia miqdarı digər bakteriya və göbələk qrupları ilə müqayisədə azdır. Bir hesablamaya görə , hər qram torpaqda cəmi 1000 rizobial hüceyrə var. Bir qram torpağın cəmi 10 milyarddan çox bakteriya hüceyrəsi ola biləcəyini nəzərə alsaq, bu çox deyil .

Qaranlıqda bir-birini tapmaq üçün bitki əvvəlcə azot fiksasiya edən bakteriyalara potensial olaraq yeni yuvası olacaq şeyin mövcudluğu barədə xəbərdarlıq edən kimyəvi siqnal kimi fəaliyyət göstərən flavonoidlər ifraz edir. Assimilyasiya və simbioz prosesinə başlamaq üçün Rhizobium və Frankia yalnız onlara məlum olan kimyəvi parol ilə eyni şəkildə cavab verməlidirlər. Bu parol bitkilərin təmasda tanıdığı mürəkkəb polimerlərin uzun sətirləri olan nod faktorları adlanan formada olur.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1751428779&adf=3763193310&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1759308145&rafmt=1&armr=3&format=540×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-09-receptors-nitrogen-bacteria-evolved-independently.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQwLjAuNzMzOS4yMDgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxNDAuMC43MzM5LjIwOCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MC4wLjczMzkuMjA4Il1dLDBd&abgtt=6&dt=1759308144985&bpp=1&bdt=144&idt=-M&shv=r20250929&mjsv=m202509240101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3De2af2bea6b3e2e90%3AT%3D1735548424%3ART%3D1759308139%3AS%3DALNI_MZIaWdAh-lthHlhpkWN2g6ZC7xT8A&gpic=UID%3D00000f8412a58936%3AT%3D1735548424%3ART%3D1759308139%3AS%3DALNI_MaJ_6ILTTPz6uEc3lU2rNf9ZPgQbA&eo_id_str=ID%3D87e2ccb6da8adec8%3AT%3D1751372215%3ART%3D1759308139%3AS%3DAA-AfjZUvMhCDRLD_DCppu51g7Xx&prev_fmts=0x0%2C540x280%2C540x280%2C540x280&nras=1&correlator=3716457031692&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=5&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=9865&biw=1521&bih=730&scr_x=0&scr_y=0&eid=42532524%2C95372358%2C31094909%2C95368093&oid=2&pvsid=4888723056890742&tmod=1799667998&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C730&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=5&uci=a!5&btvi=4&fsb=1&dtd=168

Doğru şəxsiyyətlər qurularsa, kök bakteriyanın içəriyə girməsinə imkan verir. Yəni, hər dəfə bir kök saçına siqnal verildikdə, o, öz ətrafında qıvrılmağa başlayır – bəzən 180 dərəcə yarım spiral, bəzən də tam 360 dərəcə burularaq, beləliklə, bir çimdik gözləyən bakteriyaları toplayır və onları möhkəm qucaqlayır. Bakteriyalar isə öz kameralarının hüceyrə divarını zəiflədən ferment ifraz etməyə başlayırlar. Hüceyrə divarı kifayət qədər yumşaldıqdan sonra öz-özünə çökür, lakin bunu xaricdən itələdiyi üçün, yoxsa hüceyrənin içindən çəkildiyi üçün edir, elm adamları bilmirlər.

Kök tükünün içindəki bu boşluq, bakteriyaların yanlış istiqamətə getməsinə mane olan öz membranı ilə tamamlanaraq, kökün daxili qabığına açılır və bakteriyaların heç bir həyəcan təbili çalmadan bitkinin müdafiəsini aşmasına şərait yaradır. Düzgün kökə daxil olduqdan sonra bakteriyaların olması düyünlərin böyüməsinə səbəb olur.

Bu mürəkkəb prosesin arxasında olan genetikanı araşdıran elm adamları, nodulyasiyanın yalnız bir dəfə təkamül etdiyi fikrini dəstəkləyərək, mürəkkəb bir xüsusiyyəti itirməyin onu sıfırdan qurmaqdan daha asan olacağını düşünürlər. Sübut olaraq, onlar bütün nodulator növlərdə mövcud olan və yaxından əlaqəli olmayan nodulatorlarda olmayan və ya yüksək dərəcədə dəyişdirilmiş simbioz reseptor kimi kinaz kimi uzun adları olan bir sıra genlərə işarə edirlər. Onlar iddia edirlər ki, hamısı eyni və ya oxşar funksiyalara malik olan ümumi genlər toplusuna sahib olmaq üçün ən çox ehtimal olunan izahat onların hamısının bir əcdaddan gəlməsidir.

Müzakirənin digər tərəfində, əsasən növlərin bir-biri ilə necə əlaqəli olduğu ilə maraqlanan Pamela və Duqlas Soltis də daxil olmaqla filogenetiklər var. Onların işlərinin nəticələri, ümumiyyətlə, azot fiksasiya edən təbəqənin əcdadında nodulyasiyaya meylliliyin inkişaf etdiyini göstərir. Tənqidi olaraq, bu əcdad düyünlər istehsal edə bilməzdi. Əksinə, daha az birbaşa şəkildə sonradan təkamül edəcək genlərin – bir neçə ayrı hallarda – nodulyasiya üçün kodlaşdıran genlərə sahib olmasından faydalandı.

Bu mülahizə xəttinə görə, oxşar tənzimləmələr aparan iki bakteriya nəslinin – Rhizobium və Frankia-nın olması ayrı-ayrı mənşələrə işarə edir. Düyünlər də müxtəlif formalara malikdir və onları hansı ailənin istehsal etdiyinə görə kökün müxtəlif hissələrində yerləşir.

Azot fiksasiyasına aparan bir çox yol var, onların çoxu kəşf edilməmişdir

Hazırkı araşdırmada hər iki qrup öz metodologiyalarını birləşdirdi və birlikdə işlədi.

Pamela Soltis, “Heç kim genomik məlumatları potensial paralel qazancların bu modeli ilə uzlaşdıra bilmədi” dedi. “Bu, əslində Kristinanın etdiyi şeydir.”

Tədqiqat üzərində işləməyə başlayanda Christina Finegan Florida Universitetində Bitki Molekulyar və Hüceyrə Biologiyası proqramında aspirant idi. O, doktorluq dissertasiyasının bir hissəsi kimi tədqiqata rəhbərlik etmişdir. Finegan, kəmiyyət genetikası, genlərin necə işlədiyi və nə etdikləri ilə maraqlanan elm sahəsi üzrə ixtisaslaşan bir məhsul bioloqudur.

Bu araşdırma üçün o və həmkarları həm əhəmiyyətinə, həm də qədimliyinə görə düyünlü bitkilərdə parol tanınmasını idarə edən zülallara diqqət yetirməyi seçdilər. Bütün digər kompleks xüsusiyyətlərdə olduğu kimi, bu zülallar da tam formalaşmış təkamüldən yaranmayıb. Əksinə, onlar bütün bitkilərin 90%-dən çoxunun köklərində baş verən və ağaclardan əvvəlki dövrə aid olan oxşar mikrobioloji qarşılıqlı əlaqəni idarə edən genlərdən seçilmişdir.

Bu ortaqlıqda mikoriza adlanan göbələklər torpaqdan su və qida maddələrini udmaq üçün bütün çətin işləri görürlər, əvəzində onunla birlikdə şəkər bitkiləri kəsilir. Azot fiksasiya edən təbəqənin tarixinin bəzi naməlum nöqtəsində, bir bitki (və ya bitkilər) bir (və ya çoxlu) genomun təkrarlanması hadisəsinə məruz qaldı, bu da onlara mikorizal göbələkləri tanıyan genlərin əlavə bir nüsxəsini buraxdı.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1751428779&adf=2606249650&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1759308145&rafmt=1&armr=3&format=540×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-09-receptors-nitrogen-bacteria-evolved-independently.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQwLjAuNzMzOS4yMDgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxNDAuMC43MzM5LjIwOCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MC4wLjczMzkuMjA4Il1dLDBd&abgtt=6&dt=1759308144985&bpp=1&bdt=144&idt=-M&shv=r20250929&mjsv=m202509240101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3De2af2bea6b3e2e90%3AT%3D1735548424%3ART%3D1759308139%3AS%3DALNI_MZIaWdAh-lthHlhpkWN2g6ZC7xT8A&gpic=UID%3D00000f8412a58936%3AT%3D1735548424%3ART%3D1759308139%3AS%3DALNI_MaJ_6ILTTPz6uEc3lU2rNf9ZPgQbA&eo_id_str=ID%3D87e2ccb6da8adec8%3AT%3D1751372215%3ART%3D1759308139%3AS%3DAA-AfjZUvMhCDRLD_DCppu51g7Xx&prev_fmts=0x0%2C540x280%2C540x280%2C540x280%2C540x280&nras=1&correlator=3716457031692&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=5&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=12377&biw=1521&bih=730&scr_x=0&scr_y=0&eid=42532524%2C95372358%2C31094909%2C95368093&oid=2&pvsid=4888723056890742&tmod=1799667998&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C730&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=6&uci=a!6&btvi=5&fsb=1&dtd=169

İşi yerinə yetirmək üçün yalnız bir nüsxəyə ehtiyacı olduğundan, digərləri mutasiyaları toplamaq və yeni funksiyaları götürməkdə sərbəst idilər, bu da nodulyasiya üçün genetik alət dəstinin bir hissəsi oldu.

“Maşın bir növ sadəcə orada oturmuşdu və bu, təkamülün onunla oynamaq və onu dəyişdirmək üçün çox yer açdı” dedi Finegan.

Çoxsaylı hərəkət edən hissələrdən ibarət olan nodül simbiozunun mənşəyini müəyyənləşdirməyə çalışmaq əvəzinə, müəlliflər parol tanıma genlərinin neçə dəfə təkrarlandığını və yenidən təyin edildiyini öyrənməklə eyni suala cavab verə biləcəklərini əsaslandırdılar. Əgər keçid yalnız bir dəfə baş veribsə, o zaman birgə seçilmiş parol tanınma genləri azot fiksasiya edən təbəqədəki bütün düyünlü növlər arasında əsas oxşarlıqları bölüşməlidir.

Onlar bunu effektiv şəkildə edə bildilər, çünki bu yaxınlarda 12.000-dən çox növdən DNT ilə azot fiksasiya edən təbəqə üçün böyük bir həyat ağacı qurmuşdular . Bundan bir çərçivə olaraq istifadə edərək, tam genomların mövcud olduğu 28 növdə parol tanıma genləri arasında təkrarlamalar axtardılar. Buraya rizobial simbiontları olan 11 növ, Frankia simbiontları ilə beş və düyün əmələ gətirməyən 12 növ daxildir.

Nəticələr göstərir ki, bu 28 növdə sözügedən genlər 9 dəfə təkrarlanıb. Belə DNT duplikasiyaları adi haldır və əksər hallarda onlardan heç nə gəlmir. Bu, aktiv tədqiqat sahəsidir və hazırda cavablardan daha çox suallar var. Ancaq bir çox orqanizmlər, xüsusən də bitkilər, onları ağırlaşdırmaqdan daha çox şey edə bilən qədim təkrarlamaların yığılmış tullantıları ilə doludur. Bununla belə, bəzən azot fiksasiya edən təbəqədəki doqquz təkrardan üçündə olduğu kimi, onlar üstünlük verirlər. İkisi lobya ailəsində, biri isə qızılgül, balqabaq və digər əlaqəli ailələrin əcdadında baş verib.

Demək olar ki, paxla ailəsindəki dublikasiyadan məhrum olan növlər düyün əmələ gətirməyən növlər idi. Bu, çoxalma yolu ilə çoxlu mənşəli olduğunu göstərir.

Bununla belə, bir qrup nodulator var idi ki, onlar iki növlə təmsil olunurdu ki, heç bir təkrarlanma dəlili yoxdur: adi qızılağac, bütün Avropa və Asiyada yoxsul torpaqlarda inkişaf etmək üçün şöhrət qazanan orta boylu ağac; və ağcaqayın ailəsindən bir ağac bataqlıq dişi palıd adlanır və adına baxmayaraq, şam ağacının ən yaxşı təəssüratını yaradır. Sonuncu növ Avstraliyada narahat və bataqlıq mühitlərdə böyüyür və Floridada da invazivdir.

Bu növlər Frankiya ilə əlaqə yaradan bir neçə nodulatordan ikisidir və ağac olduqları üçün elm adamları onların simbiozları haqqında nisbətən az şey bilirlər.

Pamela Soltis, “Düyünü öyrənmək üçün kökün sağ hissəsinə enmək çətindir” dedi.

Düyün simbiozu ilə bağlı tədqiqatların əksəriyyəti bir neçə model orqanizmlər üzərində aparılmışdır ki, bu halda onlar istixana şəraitində yetişdirilməsi asan olan kiçik bitkilərdir.

Müəlliflər deyirlər ki, çox güman ki, adi qızılağac və bataqlıq dişi palıd öz bakterial partnyorları ilə tamamilə fərqli genlər toplusundan istifadə edərək ünsiyyət qurur və bu, düyünlərin dəfələrlə təkamül etdiyi nəzəriyyəsi ilə güclü şəkildə uyğunlaşır.

Pamela Soltis, “Bu geniş təkamül perspektivini götürməklə, biz biomüxtəlifliyin gücünü götürə bildik və sadəcə model orqanizmlərə sadiq qalsanız, tapa bilməyəcəyiniz proseslərin sübutunu tapa bildik” dedi.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1751428779&adf=2825514945&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1759308145&rafmt=1&armr=3&format=540×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-09-receptors-nitrogen-bacteria-evolved-independently.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQwLjAuNzMzOS4yMDgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxNDAuMC43MzM5LjIwOCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MC4wLjczMzkuMjA4Il1dLDBd&abgtt=6&dt=1759308144985&bpp=1&bdt=145&idt=-M&shv=r20250929&mjsv=m202509240101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3De2af2bea6b3e2e90%3AT%3D1735548424%3ART%3D1759308139%3AS%3DALNI_MZIaWdAh-lthHlhpkWN2g6ZC7xT8A&gpic=UID%3D00000f8412a58936%3AT%3D1735548424%3ART%3D1759308139%3AS%3DALNI_MaJ_6ILTTPz6uEc3lU2rNf9ZPgQbA&eo_id_str=ID%3D87e2ccb6da8adec8%3AT%3D1751372215%3ART%3D1759308139%3AS%3DAA-AfjZUvMhCDRLD_DCppu51g7Xx&prev_fmts=0x0%2C540x280%2C540x280%2C540x280%2C540x280%2C540x280&nras=1&correlator=3716457031692&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=5&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=14682&biw=1521&bih=730&scr_x=0&scr_y=0&eid=42532524%2C95372358%2C31094909%2C95368093&oid=2&pvsid=4888723056890742&tmod=1799667998&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C730&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=7&uci=a!7&btvi=6&fsb=1&dtd=169

Bunun azot fiksasiya edən bitki bitkilərinin genetik mühəndisliyi potensialı üçün nədən xəbər verdiyinə gəldikdə, Finegan optimistdir. Bir tərəfdən, tək bir mənşə işi asanlaşdıra bilər. Əgər azot fiksasiya edən qrupdakı bütün düyünlü bitkilər bir əcdaddan aldıqları eyni gen dəstindən istifadə edirlərsə, o zaman öyrənilməsi asan model orqanizmdən istifadə elm adamları üçün səylərini yer üzündə dərin kök salmış düyünləri olan onlarla digər növ arasında nazik şəkildə yaymaqdan daha ağıllı strategiya olardı.

Digər tərəfdən, əgər mikroblar üçün dəvət edici nodül düzəltməyin birdən çox yolu varsa, bunu süni şəkildə etmək üçün çox güman ki, bir çox yol var.

“Konvergent təkamülün yaxşı bir tərəfi odur ki, siz həqiqətən lazım olanı daralda bilərsiniz, çünki eyni şeyə müstəqil yollarla çatmısınız” dedi.

Tədqiqatın digər müəllifləri Florida Universitetindən Heather Kates, Marcio Resende, Jr. və Matias Kirst; Florida Təbiət Tarixi Muzeyindən Robert Quralnik; Viskonsin-Madison Universitetindən Jean-Michel Ane; və Florida Təbiət Tarixi Muzeyinin keçmiş postdoku və indi Missisipi Dövlət Universitetində işləyən Ryan Folk.

Daha çox məlumat: Christina Finegan et al, NFP ilə asanlaşdırılan kök nodül simbiozunun konvergent təkamülü, Milli Elmlər Akademiyasının əsərləri (2025). DOI: 10.1073/pnas.2424902122

Jurnal məlumatı: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları 

Florida Təbiət Tarixi Muzeyi tərəfindən təmin edilmişdir