The Economist - USA (2021-10-09)

78 Science & technology The Economist October 9th 2021

Symbiosis

Sea slugs and

chloroplasts

U

nlike their terrestrialcousins, sea

slugs are widely regarded as among the

most beautiful animals on Earth. In some

cases, part of that beauty comes from sub­

cellular  structures  called  chloroplasts,

which  they  extract  intact  from  the  algae

they eat and then sequester in gut divertic­

ula for purposes of their own.

Chloroplasts  are  the  distant  descen­

dants  of  photosynthetic  bacteria  that  be­

came  symbiotic,  a  bit  less  than  2bn  years

ago, with an organism ancestral to today’s

algae and plants. From their hosts’ point of

view,  their  purpose  is  to  use  energy  from

sunlight  to  split  water  into  hydrogen  and

oxygen, and then react the hydrogen with

carbon  dioxide  to  form  molecular  precur­

sors  of  glucose.  Further  reactions  turn

these basic materials into other biochemi­

cals,  too.  Rearranging  the  carbon,  hydro­

gen  and  oxygen  atoms  and  adding  nitro­

gen,  for  example,  results  in  amino  acids,

the building blocks of proteins.

The best guess, therefore, was that slugs

sequester chloroplasts in their diverticula

in  order  that  they  might  continue  photo­

synthesising there. But the details were ob­

scure. So, to shed more light, as it were, Só­

nia Cruz of the University of Aveiro, in Por­

tugal,  and  her  colleagues  collected  some

sea slugs and ran a few experiments.

As they write in a paper in the Proceed-

ings of the Royal Society, they supplied the

slugs  with  simple  chemicals  (sodium  bi­

carbonate  and  ammonia)  containing  un­

usual carbon and nitrogen atoms. Instead

of normal carbon, which has six neutrons,

the  bicarbonate  contained  seven­neutron

carbon. Similarly, the ammonia contained

nitrogen with eight neutrons instead of the

regular  seven.  Molecules  with  these  rare

isotopes can be detected using a technique

called  mass  spectrometry,  so  the  fates  of

the atoms involved are easy to follow.

Having  thus  treated  their  slugs,  the

team  exposed  half  of  them  to  light  for  36

continuous  hours  and  kept  the  other  half

in the dark. As they expected, they saw the

unusual  isotopes  of  carbon  and  nitrogen

enter  the  chloroplasts  of  slugs  exposed  to

light. By contrast, little of the heavy nitro­

gen and none of the heavy carbon entered

the  chloroplasts  of  slugs  kept  in  the  dark.

What intrigued them, though, was the sub­

sequent fate of those isotopes.

A  naive  assumption  would  be  that  the

products  of  the  captured  chloroplasts

would  be  scattered  around  a  slug’s  body,

and thus made available to all of its organs.

In fact, most of them ended up in a struc­

ture called the albumen gland, which pro­

duces nutrients that are then incorporated

in  the  animal’s  eggs  (the  species  con­

cerned,  Elysia timida,  is  a  hermaphrodite,

so  all  individuals  bear  eggs).  The  rest  mi­

grated directly into the slugs’ gonads.

This  result  suggested  that,  rather  than

helping  with  an  animal’s  general  weal,

chloroplasts  have  been  co­opted  by  Elysia

for  a  specific  role  in  reproduction.  To

check that idea, the team conducted a fur­

ther  experiment.  They  kept  pairs  of  slugs

for 28 days either in normal light or in con­

ditions  of  greatly  reduced  illumination

and counted the number of eggs laid.

Pairs exposed to normal light averaged

238 eggs per week over the course of the ex­

periment.  Those  kept  almost  in  the  dark

averaged  129.  This  pretty­much  clinched

the  idea  that  the  ingested  chloroplasts

have, somehow, become extensions of Ely-

sia’s reproductive system, and that chloro­

plasts,  those  superbly  adapted  symbionts

of  algae  andplants,  have  been  able  to  ad­

just,  too,  tolifeas  part  of  a  very  different

host indeed.n

One of nature’s strangest symbioses

gives up its secrets M

alariaisoneofmedicalscience’s

most formidable foes. The search

for a vaccine has been going on for dec­

ades. Dozens of candidates have been

tested in recent years. But so far only one,

a jab called rts,s, made by GlaxoSmith­

Kline, has proved effective in the final

stages of clinical trials. On October 6th

the World Health Organisation (who)

recommended rts,sfor use in childhood

vaccination in places with transmission

of Plasmodium falciparum, the deadliest

of the five parasites that cause malaria,

and the most common in Africa.

The whoreached its decision after

reviewing results from Ghana, Kenya and

Malawi, where more than 800,000 in­

fants were vaccinated with a four­dose

regimen. In these countries rts,swas

included among the routine childhood

vaccines distributed by primary health­

care centres. This implementation pro­

gramme, in which rts,sreduced by 30%

the number of cases of severe malaria

whichledtohospitaladmissions,there­

fore measured what kind of efficacy can

be expected if the vaccine is rolled out

widely across Africa.

Some may think that 30% efficacy is

not much. But in parts of sub­Saharan

Africa children contract malaria six

times a year on average. Each year more

than 260,000 African children die of it

before their fifth birthdays. Those who

survive often suffer lifelong harm, in­

cluding stunting, a form of impaired

growth that affects the ability to learn.

The impact ofrts,swill thus be huge.

Crucially, the whosays that the vac­

cine was found to be safe after more than

2.3m doses had been administered—

clearing the air on three “safety signals”

that had popped up in an earlier trial. It

also says the jab is highly cost­effective.

The next step is therefore for gavi, an

international organisation that buys

vaccines for poor countries, to decide

whether it will add rts,sto its portfolio. 

Malariavaccines

Ready to roll

The World Health Organisation approves the first vaccine for malaria

Hope