Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка Подписчиков 12.981 RSS
←   Сентябрь 2006   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
07.09.2006
13:35:24
16:22:12
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
19.09.2006
12:50:05
13:29:28
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://elementy.ru
Открыта: 09-05-2006

Автор
Редакция сайта "Элементы"

Статистика

12.981 подписчиков
+9 за неделю
←   Все выпуски   →

Если нет кислорода, можно дышать нитратами


«Хронология далекого прошлого»

Хронология далекого прошлого

18 тысяч лет назад...
330 миллионов лет назад...
Откуда берутся эти цифры? Насколько им можно доверять?

Статья доктора биологических наук Александра Маркова открывает на «Элементах» раздел Методология науки

Если нет кислорода, можно дышать нитратами

12.09.2006

Раковинки фораминифер рода Globobulimina (фото с сайта www.mbari.org)
Раковинки фораминифер рода Globobulimina (фото с сайта www.mbari.org)

Фораминиферы — донные морские одноклеточные организмы, строящие изящные раковинки — могут, подобно некоторым бактериям, использовать для дыхания нитраты вместо кислорода. При этом нитраты, необходимые для роста многих организмов, восстанавливаются до молекулярного азота, который способны усваивать лишь некоторые бактерии — азотфиксаторы. Поскольку фораминиферы — существа многочисленные и массовые, их роль в глобальном круговороте азота может оказаться весьма существенной.

Подавляющее большинство эукариот (высших организмов, клетки которых имеют ядра) получают необходимую для жизни энергию за счет кислородного дыхания. В ходе этого процесса, осуществляемого в митохондриях, органика окисляется кислородом до углекислого газа и воды. Приобретение митохондрий, по мнению многих исследователей, было ключевым событием в эволюции предков эукариот.

Лишь единичные представители эукариот (такие как паразитические амёбы) способны существовать в бескислородных условиях, получая энергию за счет сбраживания органики. Этим эукариоты разительно отличаются от прокариот (бактерий и архей), которые умеют получать необходимую энергию множеством иных способов. В частности, для окисления органики прокариоты могут использовать не только кислород, но и многие другие окислители — нитраты, сульфаты, серу, карбонаты и др. (подробности см. в учебнике «Микробиология»). В соответствии с этим говорят о нитратном, сульфатном, серном, карбонатном и т. д. дыхании. Но чтобы нечто подобное обнаружилось у эукариот — такого до недавнего времени никто и представить себе не мог.

Однако в последнем номере Nature появилась статья, опровергающая эти представления. Группа исследователей из Дании, Нидерландов, Испании и Швеции установила, что донная фораминифера (одноклеточный эукариотический организм вроде амёбы, живущий в раковинке) с труднопроизносимым названием Globobulimina pseudospinescens, а также ее сородичи Nonionella и Stainforthia, способны к нитратному дыханию!

То, что многие донные фораминиферы могут жить в бескислородных условиях, ученые знали давно, однако до сих пор не было известно, как им это удается. В 2005 году авторы статьи обнаружили необычайно высокое содержание нитратов в цитоплазме фораминифер Globobulimina, живущих в бескислородных условиях на дне шведских фьордов. В начале 2006 года еще более высокое содержание нитратов было выявлено у фораминифер Nonionella и Stainforthia, обитающих в сходных условиях у берегов Чили. Концентрация нитрат-иона в фораминиферах оказалась в 500–15000 раз выше, чем в окружающей воде. Ясно, что создавать такие запасы нитратов в своем теле без особой необходимости фораминиферы не стали бы — ведь на перекачку ионов против электрохимического градиента нужно затратить немало энергии. Значит, нитраты им зачем-то очень нужны. Учитывая, что всё это происходит в условиях отсутствия кислорода, гипотеза о нитратном дыхании п! редставлялась вполне осмысленной.

Смелое предположение нуждалось в проверке. Фораминифер поместили в бескислородную среду с добавлением нитрата, помеченного тяжелым изотопом азота 15NO3–. Вскоре в воде обнаружился молекулярный азот с меткой (молекулы с двумя «тяжелыми» атомами 30N2 и с одним 29N2). Это означало, что имеет место денитрификация — весьма продвинутый вариант нитратного дыхания, конечным продуктом которой является молекулярный азот. Высокая концентрация молекул 29N2 свидетельствовала о том, что фораминиферы использовали не только растворенный в воде «тяжелый» нитрат-ион, но и «легкий», который был запасен у них в цитоплазме (в окружающей среде «легкого» нитрата практически не было).

Фораминиферы, прожившие несколько недель в среде с «тяжелым» нитратом, накапливали его в своей цитоплазме. Когда их потом помещали в среду, лишенную нитрата, они продолжали производить меченый азот (30N2 и 29N2) за счет внутриклеточных запасов.

Как удается фораминиферам осуществлять денитрификацию — процесс, который ранее считался характерным только для бактерий? Естественно было предположить, что в клетках фораминифер живут симбиотические денитрифицирующие бактерии. Это было бы самым простым объяснением. Скорость, с которой фораминиферы восстанавливают нитрат, может быть обеспечена присутствием от 5650 до 22550 симбиотических денитрифицирующих бактерий в каждой клетке.

Однако детальные исследования с использованием самых разнообразных методик показали, что на поверхности тела каждой фораминиферы присутствует не более 100 бактерий, а внутриклеточных симбионтов нет вовсе. Это означает, что денитрификация осуществляется самими фораминиферами, без помощи прокариотических симбионтов. Авторы предполагают, что это может происходить в митохондриях (ведь митохондрии у исследованных фораминифер имеются, несмотря на то что в бескислородных условиях эти органеллы, казалось бы, должны остаться не у дел).

Несколько ранее были обнаружены более примитивные формы нитратного дыхания еще у трех видов низших эукариот — у пресноводного простейшего Loxodes, восстанавливающего нитрат только до нитрита, и у грибов Fusarium oxysporum и Cylindrocarpon tonkinense, которые восстанавливают нитрат до N2O. Настоящая денитрификация у эукариот обнаружена впервые. Поскольку донные морские фораминиферы, живущие в бескислородных условиях, — организмы весьма обычные и чрезвычайно многочисленные, осуществляемая ими денитрификация может играть очень заметную роль в глобальном круговороте азота. Это еще раз показывает, как мало мы знаем о балансе веществ в природе и какими неточными могут быть основанные на этих знаниях прогнозы.

Источник: N. Risgaard-Petersen et al. Evidence for complete denitrification in a benthic foraminifer // Nature. 2006. V. 443. P. 93-96.

См. также:
Анаэробные бактерии научились окислять метан, восстанавливая нитраты («Элементы», 17.04.2006).

Александр Марков

Эта новость на «Элементах»
 

Публичные лекции фонда «Династия» на «Элементах»

Лауреат Нобелевской премии по физике 2004 года Дэвид Гросс. «Грядущие революции в фундаментальной физике».

Академик Владимир Игоревич Арнольд. «Сложность конечных последовательностей нулей и единиц и геометрия конечных функциональных пространств» (лекция опубликована в двух вариантах — популярном и математическом).

Дэвид Гросс: «Держу пари, что суперсимметрия будет открыта». Эксклюзивное интервью «Элементам».

Научно-популярная библиотека на «Элементах»

В. Н. Тутубалин и др. Математическое моделирование в экологии: Историко-методологический анализ.

Книга о реальной эффективности применения математических моделей в экологии и других науках, о «колодках мышления» и о чернобыльской катастрофе.

Предыдущие новости

12.09 Молекулярные антираковые механизмы способствуют старению

Ген p16INK4a, защищающий организм млекопитающих от рака, играет весьма важную роль в процессах клеточного старения. Белок, кодируемый этим геном, нарушает цикл клеточного деления и тем самым переводит клетки в состояние одряхления. Результаты экспериментов, подтверждающих этот вывод, опубликованы на сайте журнала Nature.

11.09 Небольшие телескопы способны на многое

В историю астрономии вошло еще одно значимое открытие. У далекой звезды обнаружили планету при помощи скромного телескопа, диаметр объектива которого составляет всего 10 сантиметров! Невероятное по любительским меркам открытие стало возможным благодаря современным цифровым технологиям и автоматизированной наблюдательной сети.

11.09 Таяние вечной мерзлоты ведет к выбросу в атмосферу миллионов тонн метана

Российский эколог Сергей Зимов и его коллеги из США установили, что в результате таяния вечной мерзлоты на севере Сибири в атмосферу ежегодно поступает около 4 млн тонн метана. Этот парниковый газ образуется в результате разложения плейстоценовой органики, которая была «законсервирована» в вечной мерзлоте свыше 30 тысяч лет назад.

11.09 Грядет великая перепись черных дыр

Местонахождение черной дыры можно косвенно определить по излучению падающего на нее вещества. Однако гамма-всплески далеких источников «заглушает» фоновое гамма-излучение. Откалибровав приборы космической обсерватории «Интеграл» с учетом уровня гамма-фона, астрономы создали себе все условия для проведения переписи черных дыр в наблюдаемой Вселенной.

08.09 Споры вокруг «хоббитов» с острова Флорес не стихают

Международная группа ученых опубликовала в одном из самых уважаемых научных журналов новые аргументы в пользу того, что пресловутые «хоббиты» с острова Флорес в действительности были низкорослыми людьми современного типа. Однако разрешить затянувшийся спор смогут только новые археологические находки.

08.09 SMART-1 спрятал концы в лунную пыль

Естественный спутник Земли принял в свои объятия рукотворный аппарат SMART-1, который в течение полутора лет пристально вглядывался в поверхность Луны. З сентября 2006 года, сойдя со своей рабочей орбиты, он врезался в лунный грунт со скоростью 2 км/сек и создал воронку (кратер) размером от 3 до 10 метров.

07.09 Число генов в геноме инфузории оказалось таким же, как у человека

Прочтение генома инфузории Tetrahymena thermophila преподнесло сразу несколько сюрпризов. Оказалось, что число генов у нее такое же, как у человека, а генетический код несколько иной, чем у всех других организмов. Кроме того, инфузория умеет эффективно удалять из рабочих копий своего генома весь «мусор», потомство же всегда получает «неочищенный» вариант генома.

07.09 8 сентября будет вручена премия тысячелетия

8 сентября в Хельсинки будет вручена премия «Миллениум» 2006 года. В этом году миллион евро получит профессор Шуджи Накамура (Shuji Nakamura), чьи исследования в области оптоэлектроники сыграли революционную роль в повседневной жизни обычного человека, изменив ее качество к лучшему.

07.09 Получен подробный портрет Большого Магелланова облака

Собрав в одно целое 300 000 снимков Большого Магелланова облака, сделанных телескопом «Спитцер», ученые получили идеальную астрофизическую лабораторию для изучения эволюции целой галактики. И хотя галактика эта карликовая, данные о ней помогут пролить свет и на историю развития крупных звездных систем.
В избранное