Герб БГПУ

Если нет кислорода, можно дышать нитратами

12-09-2006 12:22 • Элементы.ру

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.

Еще новости сходной тематики:
 • 19-07-2009 02:17 | Унунбию предложили имя Николая Коперника
 • 17-06-2008 15:21 | Разработана новая технология изготовления квантовых точек
 • 24-12-2007 23:48 | Опубликован список ТОП-10 научных открытий в 2007 г.
 • 10-06-2007 00:27 | Журнал Nature открывает три новых сайта свободного доступа
 • 22-03-2007 23:16 | Ультразвук становится мощным оружием химиков
 • 20-03-2007 10:59 | Новый принтер: коллоиды заменят чернила
 • 13-03-2007 14:39 | Часть биологов хотят размножить "древо Дарвина"
 • 04-01-2007 14:57 | Фурсенко: В школьные учебники следует включать различные теории происхождения жизни
 • 14-11-2006 14:26 | Ржавые наномагниты очистят воду от мышьяка
 • 29-10-2006 12:14 | Впервые получен кислородно-водородный сплав

Дополнительно статьи сходной тематики:
 • "...И гений - парадоксов друг": 290 лет со дня рождения Михаила Васильевича Ломоносова
 • Метеор из потока Персеид
 • Марс: детальная разведка
 • Год темной космологии
 • Туманность Гантель в линиях водорода и кислорода
 • Межзвездная пыль и ее структура
 • Туманность Лагуна крупным планом
 • Туманность Ориона в линиях кислорода, водорода и серы
 • Электронный учебник для студентов-химиков
 • Нужна ли астрономия в школьном обучении?

+ Все новости от “Элементы.ру”
+ Все новости за 12 сентября 2006 года
+ Все новости за 37 неделю 2006 года
+ Все новости за сентябрь 2006 года
+ Все новости за 2006 год
+ Все новости сходной тематики

Ключевые слова: кислород, химия, биология, нитрат, дыхание

Комментариев пока нет • Просмотров: 2102 • Индекс новости: 0.36 • Каналы