Все самое интересное о жизни стран-соседей России
  • PERSPECTUM
  • Авторы
  • Ольга Алашевская
  • Гигантские бактерии и эволюция клеток
    Ученые открыли микроорганизмы, оказавшиеся крупнейшими представителями царства бактерий из изученных на планете
Ольга Алашевская
8 минут чтения
ПОДЕЛИТЬСЯ

Гигантские бактерии и эволюция клеток

Ученые открыли микроорганизмы, оказавшиеся крупнейшими представителями царства бактерий из изученных на планете























































































































Гигантские бактерии

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ:

Уникальные размеры и сравнения

История открытия самой большой бактерии на планете

Говорящее название

Строение, геном и жизнедеятельность

Необычный способ размножения и другие загадки


Длина бактерий – от 1 до 2 см, что в 5–10 тысяч раз превышает размеры большинства их «собратьев». Материал об открытии крупнейшей бактерии на нашей планете, подготовленный международной группой ученых, был опубликован в журнале Science в 2022 году.

Ранее неизвестный науке живой организм, о котором идет речь в научной статье, был обнаружен в болотистой местности мангровых зарослей Карибского бассейна. С момента открытия микроорганизма до его детального описания как представителя царства бактерий прошло более 10 лет.


Уникальные размеры и сравнения

На момент публикации статьи в журнале Science специалистам удалось изучить самую крупную особь этих необычных бактерий. Ее длина составила около 2 см, прочие представители примерно в два раза меньше.

Ученые думают, что это не предел, и в лабораторных условиях получится вырастить такую же бактерию, но гораздо большего размера. К слову, стандартная длина большинства изученных доселе микроорганизмов составляет около 0,0002 см, то есть обычно бактерии в 10 тысяч раз меньше двухсантиметрового рекордсмена.

Если представить в роли типичной бактерии растущий на земле саженец дерева высотой в 1 метр, то в сравнении с ним обнаруженная гигантская бактерия стала бы исполинским деревом, которое своей кроной касается пролетающих по небу самолетов гражданской авиации.


История открытия самой большой бактерии на планете

В обнаружении гигантской бактерии и дальнейших ее исследованиях принимали участие специалисты из разных стран, в том числе Франции. Около десяти лет назад морской биолог из Университета французских Антильских островов Оливье Гро (Olivier Gros) собирал образцы воды у мангровых лесов на одном из островов Гваделупы, чтобы исследовать местную биоту.

Мангровыми называют вечнозеленые, чаще тропические лиственные леса на морских побережьях и в устьях рек. Они занимают приливно-отливную полосу, значительное время оказываются затопленными водой, поэтому напоминают болотистую местность и отличаются запахом гниющей листвы и другой органики. Вода застаивается из-за обилия корней. Почва в этой местности почти лишена кислорода, а его малое количество используют бактерии для своей жизнедеятельности, в результате которой происходит накопление неорганических соединений серы и азота.

Гигантские бактерии
Фото: unsplash.com/@jcotten

Итак, при анализе мангровых проб Грос заметил в воде полупрозрачные белесые «нити» длиной около сантиметра. Несколько лет ушло у ученого и его коллег на то, чтобы классифицировать их как бактерии, причем крупнейшие из всех, обнаруженных ранее на нашей планете.

Изначально неизвестные «нити» было легко спутать, например, с водорослями, которые состоят из множества клеток, но с помощью микроскопии и окрашивания эксперты удостоверились, что мангровая находка представляет собой именно одноклеточные микроорганизмы.

Специалисты занялись тщательным изучением обнаруженных представителей, их строения, функционирования, жизнедеятельности и жизнеспособности, на что также ушли годы. За задачу охарактеризовать и описать эту форму жизни активно взялся еще один эксперт, Жан-Мари Фолланд (Jean-Marie Volland), ныне морской биолог из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.

Гигантские бактерии
Фото: unsplash.com/@nci

Выяснилось, что одним концом эти нитевидные микроорганизмы прикрепляются к разлагающейся листве на дне водоема, а также к ракушкам, затонувшим веткам и даже ушедшему под воду мусору, а остальная часть их тела может свободно парить в толще воды, расти и в дальнейшем отпочковываться для размножения.

Наконец, в 2022 году в журнале Science вышла упомянутая выше публикация «A centimeter-long bacterium with DNA contained in metabolically active, membrane-bound organelles» (англ. «Сантиметровая бактерия с ДНК, содержащейся в метаболически активных мембранных органеллах»), которая подвела определенные итоги в изучении этой темы, но можно отметить, что вопросов у ученых с этим открытием только прибавилось.


Говорящее название

Микроорганизмы, которые отнесли к виду серобактерий (точнее: сероокисляющих гамма-протеобактерий), получили имя Thiomargarita magnifica. Thiomargarita переводится как «великолепная серная жемчужина» (др.-греч. theion – «сера», лат. margarita – «жемчужина», лат. magnifica – «великолепная»). Гранулы серы в их клетках отражают свет, поэтому бактерии переливаются на солнце, отсюда и слово «жемчужина» в названии.

В научной среде есть предположение, что своей длиной эти бактерии обязаны эволюции, в результате которой увеличились, чтобы получать доступ к сере в донных отложениях и одновременно к кислороду в верхних слоях воды, необходимому для их жизнедеятельности.

Назвали эти бактерии Thiomargarita magnifica за «родственные связи» и схожее строение с найденным ранее микроорганизмом Thiomargarita namibiensis, что можно перевести как «серная жемчужина из Намибии». Там серобактерию обнаружили в конце 1990-х, в придонных осадках континентального шельфа залива Уолфиш-Бей. До 2022-го Thiomargarita namibiensis официально считалась крупнейшей бактерией из известных науке. Средняя длина ее представителей 0,1–0,3 мм, редкие экземпляры достигают 0,75 мм.


Строение, геном и жизнедеятельность

Важнейшая особенность новооткрытых бактерий Thiomargarita magnifica заключается в их строении. Как говорилось выше, эти микроорганизмы состоят из единственной нитевидной клетки, которая включает мембранные структуры. Для простоты их часто зовут «мешочками» или «отсеками», а в микробиологии – органеллами.

У клетки Thiomargarita magnifica в цитоплазме, то есть гелеподобном содержимом, где находятся основные биохимические компоненты и протекают важнейшие биохимические процессы, замечены сотни тысяч таких «отсеков», или органелл, отделенных собственными мембранами. В них находятся копии генома и рибосомы (своего рода фабрики по производству белков).

Органеллы с ДНК и рибосомами в научном мире стали называть пепинами (лат. «зернышко»). В отличие от такого сложного строения, у большинства других бактерий ДНК и рибосомы свободно «плавают» в цитоплазме.

Более того, геном «гигантов» оказался крайне длинным и содержит почти в три раза больше генов, чем у изученных ранее родственных бактерий и прочих представителей этого царства. У Thiomargarita magnifica около 12 млн пар нуклеотидов и 11 тысяч отдельных генов.

Для сравнения: каждая клетка тела пчелы содержит в ядре около 10 тысяч генов, а общее число генов в геноме колорадского жука – около 24 тысяч. У человека, кстати, примерно столько же. Геном же большинства бактерий включает до 4 тысяч генов.

Другая органелла (ее в некоторых статьях называют вакуолью) прижимает содержимое к внутренней стенке клетки, занимает свыше 70% ее объема и заполнена водой и ионами. Цитоплазма у новооткрытых бактерий распределена тончайшим слоем между внешней стенкой этого мешочка и мембраной. В ней содержатся серные гранулы, отражающие свет, благодаря которым нитевидный микроорганизм и выглядит белым.

В сложном составе клетки, вероятно, кроется основная причина, по которой эта бактерия может вырастать такой длинной. Особенности внутреннего строения мангровой бактерии позволяют ей проводить необходимые биохимические реакции для жизнедеятельности (питание, дыхание, выведение веществ и пр.) по всей периферии своей клетки, а для них нужны закодированные в геноме ферменты. Благо в случае с Thiomargarita magnifica копии генома распределены в пепинах по всей внутренней поверхности клетки.

В отличие от этих счастливчиков обычные бактерии и археи не позволяют себе столь солидных габаритов, ведь в их случае молекулам пришлось бы преодолевать слишком значительное расстояние, чтобы диффундировать, будь клетка слишком большой. Они зависят от химической диффузии, а она эффективна на расстоянии всего нескольких микрометров.


Необычный способ размножения и другие загадки

Еще одна любопытная особенность Thiomargarita magnifica заключается в том, что гигантские бактерии способны создавать дочернюю клетку, просто отделяя часть от своего тела – того самого свободно качающегося в воде конца. Наличие множества копий генома дает им такую возможность. Этот процесс отчасти напоминает почкование. Дочерние «почки» сами прикрепляются к субстрату и продолжают свой жизненный цикл и рост. Тогда как большинство типичных изученных бактерий размножаются за счет удвоения своего объема и последующего деления пополам: они поровну распределяют геномный материал материнской клетки.

Полученные знания о Thiomargarita magnifica заставили ученых задуматься, являются ли обнаруженные микроорганизмы промежуточным звеном между привычными звеньями в принятой классификации живых существ: прокариотами и эукариотами.

К прокариотам относятся одноклеточные: бактерии и археи. В их клетках органеллами некоторые микробиологи называют лишь рибосомы, которые вместе с ДНК находятся в свободном плавании в цитоплазме. Эукариоты – одноклеточные и многоклеточные живые организмы (от амебы и дрожжей до человека), клетки которых содержат различные органеллы, ДНК хранится в ядре, а рибосомы могут быть как прикреплены к мембране, так и свободно перемещаться в цитоплазме.

В целом, открытие необычной бактерии Thiomargarita magnifica бросает вызов многим традиционным представлениям науки. Впрочем, есть мнение, что сегодня изучено и зафиксировано меньше 1% существующих в природе видов бактерий, так что впереди человечество ждет еще масса открытий.

Результаты исследований доступны на сайте препринтов Biorxiv и на сайте одного из самых авторитетных научных журналов Science.

Рекомендуем прочитать статью о топ-10 продуктов будущего.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подписывайтесь, скучно не будет!
Популярные материалы
Лучшие материалы за неделю