Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
М. Кронгауз
«Самоучитель олбанского». Глава из книги


Ли Биллингс
«5 000 000 000 лет одиночества». Глава из книги


А. Панчин
«Сумма биотехнологии». Глава из книги


Г. Парцингер, А. Гасс, Й. Фассбиндер
У подножия «царских курганов». Новейшие археологические и геофизические исследования


И. Левонтина
«О чем речь». Главы из книги


А. Захаров
Нейрогастрономия


А. Водовозов
С запахом горького миндаля


В. Власюк
50 лет САО


Ч. Уилан
«Голая статистика». Главы из книги


Интервью М. Гельфанда с С. Шлосманом
«Замечательная статья» значит только то, что она содержит замечательный результат







Главная / Новости науки версия для печати

Если нет кислорода, можно дышать нитратами


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 представлялась 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


Комментарии (1)



Последние новости: БиологияХимияНауки о ЗемлеАлександр Марков

28.06
Подростки лучше учатся на положительном опыте, чем на отрицательном
27.06
Незамысловатая песня помогает птицам избегать хищников
22.06
Рыбки-брызгуны хорошо различают человеческие лица
21.06
Кишечная бактерия влияет на социальное поведение мышей
17.06
В металло-карбеноидах чем больше катион щелочного металла, тем стабильнее молекула
16.06
В Старом и Новом Свете птицы сходно реагируют на глобальное потепление
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
14.06
Полиплоидность предков эукариот — ключ к пониманию происхождения митоза и мейоза
10.06
Удалось выяснить, почему рак может уснуть и проснуться через много лет
7.06
Индийская община Бней-Исраэль не может быть одним из десяти потерянных колен

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия