Цианобактерии совмещают в одной клетке фотосинтез и фиксацию атмосферного азота

Автор: Александр Марков
Цианобактерии — изобретатели оксигенного фотосинтеза и создатели кислородной атмосферы Земли — оказались еще более универсальными «биохимическими фабриками», чем ранее считалось. Выяснилось, что они могут совмещать в одной и той же клетке фотосинтез и фиксацию атмосферного азота — процессы, ранее считавшиеся несовместимыми.
Цианобактерии, или, как их раньше называли, синезеленые водоросли, сыграли ключевую роль в эволюции биосферы. Именно они изобрели наиболее эффективный вид фотосинтеза — оксигенный фотосинтез, идущий с выделением кислорода. Более древний аноксигенный фотосинтез, идущий с выделением серы или сульфатов, может происходить только в присутствии восстановленных соединений серы (таких как сероводород) — веществ достаточно дефицитных. Поэтому аноксигенный фотосинтез не мог обеспечить производство органики в количестве, необходимом для развития разнообразных гетеротрофов (потребителей органики), включая животных.
Цианобактерии научились использовать вместо сероводорода обычную воду, что обеспечило им широкое распространение и огромную биомассу. Побочным результатом их деятельности стало насыщение атмосферы кислородом. Без цианобактерий не было бы и растений, ведь растительная клетка — результат симбиоза нефотосинтезирующего одноклеточного организма с цианобактериями. Все растения осуществляют фотосинтез при помощи особых органелл — пластид, которые суть не что иное, как симбиотические цианобактерии. И не ясно еще, кто главный в этом симбиозе. Некоторые биологи говорят, пользуясь метафорическим языком, что растения — всего лишь удобные «домики» для проживания цианобактерий.
Цианобактерии не только создали биосферу «современного типа», но и по сей день продолжают ее поддерживать, производя кислород и синтезируя органику из углекислого газа. Но этим не исчерпывается круг их обязанностей в глобальном биосферном круговороте. Цианобактерии — одни из немногих живых существ, способных фиксировать атмосферный азот, переводя его в доступную для всего живого форму. Азотфиксация абсолютно необходима для существования земной жизни, а осуществлять ее умеют только бактерии, и то далеко не все.
Главная проблема, с которой сталкиваются азотфиксирующие цианобактерии, состоит в том, что ключевые ферменты азотфиксации — нитрогеназы — не могут работать в присутствии кислорода, который выделяется при фотосинтезе. Поэтому у азотфиксирующих цианобактерий выработалось разделение функций между клетками. Эти виды цианобактерий образуют нитевидные колонии, в которых одни клетки занимаются только фотосинтезом и не фиксируют азот, другие — покрытые плотной оболочкой «гетероцисты» — не фотосинтезируют и занимаются только фиксацией азота. Эти два типа клеток, естественно, обмениваются между собой производимой продукцией (органикой и соединениями азота).
До недавнего времени считалось, что совместить фотосинтез и азотфиксацию в одной и той же клетке невозможно. Однако 30 января Артур Гроссман и его коллеги из Института Карнеги (Вашингтон, США) сообщили о важном открытии, показывающем, что ученые до сих пор сильно недооценивали метаболические способности цианобактерий. Оказалось, что живущие в горячих источниках цианобактерии рода Synechococcus (к этому роду относятся примитивные, древние, чрезвычайно широко распространенные одноклеточные цианобактерии) ухитряются совмещать в своей единственной клетке оба процесса, разделяя их во времени. Днем они фотосинтезируют, а ночью, когда концентрация кислорода в микробном сообществе (циано-бактериальном мате) резко падает, переключаются на азотфиксацию.
Открытие американских ученых не стало полной неожиданностью. В прочтенных за последние годы геномах нескольких разновидностей Synechococcus были обнаружены гены белков, связанных с азотфиксацией. Не хватало только экспериментальных подтверждений того, что эти гены действительно работают.
Таким образом, удалось выяснить, откуда берут азот термофильные микробные маты, живущие при температурах, непригодных для роста обычных нитчатых азотфиксирующих цианобактерий с гетероцистами. Кроме того, открытие позволяет по-новому взглянуть на древнейшие этапы развития микробной жизни на нашей планете. Ведь первые известные в ископаемом состоянии остатки живых организмов (их возраст — около 3,5 млрд лет) напоминают одноклеточных цианобактерий, близких к Synechococcus.
Источник: Hot-Spring Bacteria Flip a Metabolic Switch.

Оценить статью >> пока еще нет оценок, ваша может стать первой :)

Архив новостей

Анонсы новостей

http://www.scorcher.ru/xml/news.rss - что это?

Эссе «Одушевление»
Литературная демонстрация общей структуры самоощущения для всех живых существ, обладающих механизмами субъективных абстракций: Эссе «Одушевление».
20-03-2022г.

Суть самоощущения
Просто и ясно показывается сущность явления самоощущения: Суть самоощущения.
23-02-2022г.

Комментарии к статье К.В.Анохина: «Когнитом: в поисках фундаментальной нейронаучной теории сознания»
Комментарии к статье К.В.Анохина: «Когнитом: в поисках фундаментальной нейронаучной теории сознания».
10-02-2022г.

Комментарии к книге Дэвид Иглмен Мозг: «Ваша личная история»
Комментарии к книге Дэвид Иглмен Мозг: «Ваша личная история».
02-02-2022г.

Реализация моделей живых существ
Итоги программной реализации систем индивидуальной адаптивности на основе жизненный параметров: Реализация моделей живых существ.
11-12-2021г.

Анонс религии «Наука»
Анонс религии «Наука»: Вера в науку.
31-10-2021г.

Критические периоды развития у человека и вундеркинды
Делаются определённые обобщения, коррелирующие с моделью представлений об организации механизмов психики МВАП: Критические периоды развития у человека и вундеркинды.
13-12-2020г.

Обобщение материалов исследований сетчатки глаза
Сетчатка: Обобщение материалов исследований сетчатки глаза.
07-11-2020г.

Проблемы академической науки
Безынициативность в отсутствие личного интереса, план по валу статей, все большая коммерческая составляющая и многое другое: Проблемы академической науки.
11-10-2020г.

Ориентировочный рефлекс
Обобщение фактических данных исследований по функции и механизмам ориентировочного рефлекса – границы между рефлексами и сознанием: Ориентировочный рефлекс.
20-09-2020г.

	посетителей	заходов
сегодня:	0	0
вчера:	0	0
Всего:	785	874