Два исследователя по разные стороны Тихого океана десятилетиями охотились за одним и тем же микроорганизмом — и не знали друг о друге. В 1990-х океанограф Джон Зер искал новые виды азотфиксирующих бактерий. Он брал пробы морской воды и тестировал их на наличие гена нитрогеназы — фермента, который позволяет вытаскивать азот из воздуха. Метод сработал: генетический след новой бактерии нашёлся. Но под микроскопом Зер ничего не видел. Ни одной клетки. Как будто нашёл отпечаток ноги без зверя.
Он проверял воду от Гавайев и Карибов до Арктики — результат тот же. ДНК бактерии была, но сама бактерия словно исчезала. Более того, её геном оказался урезан на 80% — не хватало даже генов для фотосинтеза, хотя по маркерам это была цианобактерия. Как она вообще выживала? Зер заметил закономерность: везде, где находилась ДНК загадочной бактерии, присутствовала и ДНК конкретного вида водоросли — Braarudosphaera bigelowii. Он заподозрил, что бактерия живёт внутри неё.
В это же время в Японии Кёко Хагино десятилетиями изучала ту же водоросль. Никто не понимал её интереса — коллеги говорили, что это бесполезно и не принесёт работы. Хагино всё равно ездила на пляж с дочкой, собирала пробы и часами сидела с микроскопом. Водоросль никак не хотела расти в культуре. Пока Хагино не додумалась добавить в пробирку токоротен — традиционную японскую лапшу из водорослей. Это сработало. Получив культуру, она заметила внутри клеток странную чёрную точку, которой не было ни в одном учебнике.
Хагино готовила статью о находке — и наткнулась на публикацию Зера в журнале Science. Он описывал поиск «невидимой» азотфиксирующей бактерии и предполагал, что та живёт внутри той самой Braarudosphaera bigelowii. Хагино провела генетический тест — точка оказалась той самой бактерией. Они объединились. Постдок из лаборатории Зера, Тайлер Коул, изучил белки и обнаружил, что бактерия полна белков, которые не могла произвести сама — их делала водоросль по специальным молекулярным инструкциям.
Отношения оказались не просто симбиозом. Клетки делились синхронно, сохраняли постоянное соотношение размеров. Водоросль передавала бактерии критически важные белки. Бактерия потеряла независимость и стала частью водоросли — новой органеллой. Её назвали Нитропласт. Braarudosphaera bigelowii стала первым известным сложным организмом, способным самостоятельно фиксировать азот из воздуха. Правило о том, что это умеют только простые бактерии, переписано.
До самодостаточных растений пока далеко, признают учёные. «Но без первого шага не сделать и сотни», — говорит Зер.