Есть ли фундаментальная причина того, что растения не могут фиксировать собственный азот?

Для роста растениям необходим азот. Согласно ответу на этот вопрос , нет растений, способных фиксировать собственный азот (без помощи бактерий).

Растения получают азот в виде нитратов (NO 3 -) или аммиака (NH 4 +). Нитраты и аммиак попадают в почву через

  • молнии (заставляя N 2 и O 2 объединяться с образованием NO, который затем вступает в реакцию с атмосферной водой и попадает на землю с дождем)
  • азотфиксирующие бактерии, ассоциированные с бобовыми растениями
  • фиксированный азот из мертвых растений/животных (аммонификация), мочи и т. д.
  • аммонифицирующие и другие бактерии

В ответе также говорится, что кажется возможным сконструировать растения, чтобы они могли фиксировать азот.

Таким образом, можно было подумать, что растения могли эволюционировать , чтобы быть в состоянии фиксировать азот, но это не так. Может быть, этого просто не произошло, исходя из вероятности того, что это произойдет.
Есть ли другое объяснение?

Может быть, способность фиксировать азот оказала бы вредное воздействие на растения? Или для фиксации требуется сложный набор связанных мутаций? Достаточно ли площадей с почвой, обедненной нитратами, чтобы оказывать селекционное давление на азотфиксирующие растения?

Немного отредактировал ваш вопрос. Пожалуйста, не стесняйтесь откатиться, если вы чувствуете, что редактирование отвлекает от ваших намерений. :-)

Ответы (3)

Это интересный вопрос. Но возникает некоторое направление мысли по аналогии, например, почему люди не будут эволюционировать, чтобы производить свою собственную АТФ без митохондрий? (Я имею в виду, конечно, эукариотов в целом). Я не вижу причин, по которым многоклеточный организм не может включать в себя бактериальную функциональность, как это произошло с митохондриями, или как отдельный тип клеток, обеспечивающий желаемые ферментативные реакции.

Ответ, каким бы неудовлетворительным он ни был, может быть простым: потому что так уж вышло. Мы определенно можем создать экспериментальные условия, в которых отсутствуют N-фиксирующие бактерии, а также различные количества нитратов, нитритов и т. д. А затем производить и отбирать линии мутантов на способность фиксировать азот без симбиотических партнеров.

Я не думаю, что было бы неудовлетворительным ответом сделать вывод, что это могло произойти в любом случае, с некоторой вероятностью, и случайным результатом было то, что этого не произошло - без каких-либо известных механизмов, влияющих на вероятность.
я чувствую, что в биологии есть много вещей, которые просто есть. но такой ответ всегда недостаточен, на мой вкус. например, почему ДНК намотана именно так, а не наоборот, или другие. в случае с азотом, может быть, двум разным специализированным организмам было проще ужиться вместе, чем одному из них приобрести какие-то особенные черты.
ДНК закручена в виде двойной спирали типа B, потому что обычно это конформация с наименьшей доступной энергией. Почти всегда есть веская причина, по которой что-то происходит, она может быть неизвестна для фиксации азота, но причина, вероятно, существует. См. en.wikipedia.org/wiki/…
Я имел в виду правую или левую спираль спирали или хиральность глюкозы (бактерии питаются только D-Glu).

Наиболее очевидный ответ на ваш вопрос заключается в том, что фермент, ответственный за фиксацию азота, инактивируется кислородом. Так что фотосинтез, производящий кислород, исключает фиксацию азота, а растения, как известно, фотосинтезируют.

Однако у них могли развиться специализированные клетки для фиксации азота, которые не фотосинтезируют. На самом деле некоторые колониальные цианобактерии, способные к фотосинтезу, образуют такие специализированные клетки, называемые гетероцистами.

Так почему же растения не развили такие специализированные клетки? Я думаю, что фундаментальный ответ на этот вопрос мог бы обратиться к эволюционной теории специализации, которая говорит, что специализация в одном деле за счет способности делать что-то другое выбирается, когда компромисс выпуклый, то есть когда вы можете быть действительно хорошим. только в одном, а способность делать и то, и другое означает, что вы на самом деле довольно плохи в обоих.

Надеюсь, это побудит вас найти фундаментальную причину, которую вы ищете.

Интересный ответ. Не могли бы вы добавить несколько ссылок на него?
Фиксация азота происходит у некоторых видов цианобактерий, что было бы невозможно, если ваша гипотеза верна.
@MarchHo, разве второе предложение второго абзаца моего ответа не объясняет, почему это возможно ? Т.е. они создают анаэробные условия в специализированных клетках, не осуществляющих фотосинтез, где происходит фиксация N2, разделяя, таким образом, два процесса?
@ Крис, в университете меня учили гетероцистам и ингибированию фиксации N кислородом. У меня нет готовых рекомендаций. Вы можете прочитать об этом в Википедии, но я бы не стал ссылаться на Википедию для обоснования утверждений. Эволюционную теорию я получил от Adaptive Dynamics, см., например, рис. 2.2 этой книги . Если у меня будет время, я добавлю ссылки.

Я считаю, что эволюция обусловлена ​​потребностями организма в адаптации, а не потребностью адаптироваться для потребления людьми. это означает, что некоторое количество азота возвращается в почву в результате воздействия природы, например, фиксации азота во время штормов и когда фекалии разлагаются в почве, и я предполагаю, что они обеспечивают достаточное количество азота для нормального роста растений, и поэтому растение не «вынуждено» адаптироваться к скажем, дефицит азота, но я предполагаю, что для людей из-за сельского хозяйства земля «истощается», и поэтому нам нужны удобрения, но растения не эволюционировали, потому что я предполагаю, что в них не было острой необходимости. Это мое собственное мнение, если я понял ваш вопрос