Ако в резултат на глобален катаклизъм не остане кислород в земната атмосфера, тогава един от малкото оцелели организми ще бъде Escherichia coli. Основният му коз е способността да диша всичко и навсякъде: на повърхността, в почвата, в човешкия стомах и не е задължително с кислород. Заедно с Е. коли, на планетата ще останат няколкостотин вида древни същества, способни да дишат сяра, желязо, уран и дори арсен.
Отровен въздух
През 2010 г. Фелиса Волф-Саймън, изследовател от отдела по астробиология на НАСА, докато проучва соленото калифорнийско езеро Моно, откри необичайни бактерии. Те живееха във вода, където концентрацията на алкали надвишава 80 пъти съответния показател в океана. Микробите използват арсен за дишане, отрова за повечето живи организми.
В лабораторията находката, наречена "щам GFAJ-1", беше поставена в хранителен разтвор с нормално съдържание на захари и витамини, но напълно лишена от фосфати - съединения, в които фосфорът идва от околната среда. Вместо това микроорганизмите бяха засадени с арсенати (арсенови съединения).
Оказа се, че в среда без фосфор бактериите не само дишат арсен, но и знаят как да го включат в молекулите на ДНК и РНК вместо фосфор. По отношение на химичните свойства тези елементи са сходни - ензимите в клетката може да не различават фосфата от арсената и това се случва доста често. Вярно е, че такова заместване обикновено завършва със смърт и петрификация на бактериите, но не и в случая със щама GFAJ-1.
„Анаеробните микроорганизми (тези, които не се нуждаят от кислород за живот или са смъртоносни. - Ред.) Са в състояние да намалят арсена, използвайки го при дишане като акцептор на електрон. Също така анаеробите са в състояние да дишат сулфати, желязо, манган, уран, селен, нитрати. Говорим само за микроби, които нямат формализирано ядро - прокариоти, включително бактерии и археи. Има гъбички, които се развиват анаеробно, но това е рядко и сред еукариотите (организми с образувано ядро) това е по-скоро изключение, отколкото правило ", казва Олга Карначук, ръководител на катедрата по физиология на растенията и биотехнологиите в Биологичния институт на Държавния университет" Томск "пред РИА Новости.
Отляво - Фелиса Волф-Симон, която откри микроорганизми, които използват фосфор като строителен материал за клетките. Вдясно - бактериите щам GFAJ-1 в хранителен разтвор, съдържащ витамини, захари и арсенати.
Промоционално видео:
Древна и упорита
Преди повече от три милиарда години първите живи организми на Земята се хранят с молекули на водород и сяра.
„Най-древният от анаеробните вдишвания е сярен дъх. Сярата, подобно на молекулния водород, идва от вулкани. Този тип метаболизъм се използва, когато през целия живот се състоят само бактерии и археи”, казва Олга Карначук.
С появата на цианобактерии, чийто метаболитен продукт е кислородът, съставът на земната атмосфера започва постепенно да се променя. Преди около 850-600 милиона години във въздуха вече имаше много О2. За древните микроорганизми това означаваше бедствие - кислородът е толкова токсичен за тях, колкото и хлорният газ за хората. Следователно, някои измрели, други (т. Нар. Облигационни анаероби) избягали на аноксични места - например под земята. Имаше и такива, които успяха да се адаптират и се научиха да неутрализират токсичния газ.
С течение на времето някои микроорганизми „разбраха“: кислородът е силен акцептор на електрон и чрез окисляване на органични молекули с него можете да получите много енергия, необходима за живота. Това означава, че размерът на клетката се увеличава, следователно, в нея се поставя повече ДНК, а структурата става по-сложна - така има шанс да стане многоклетъчна.
Животни, които не могат да дишат
„Растения, животни, хора - всеки диша кислород. Това е най-ефективният начин за получаване на енергия, следователно, когато се появи аеробно дишане, перспективата се разкрива пред живите организми да формират по-високи форми, включително и хора. Анаеробните микроби също са способни да се развиват, но в различна посока. Много от тях поеха по пътя на комбинирането на двата вида дишане. Например E. coli (Escherichia coli) диша кислород, а когато попадне в човешкото тяло (в анаеробна среда) - нитрати. Ако условията са напълно лоши, бактерията е в състояние да не диша изобщо, тя се лута - това е съвсем различен вид метаболизъм. Почти няма такива опортюнисти сред висшите форми “, отбелязва експертът.
Има обаче едно изключение - голият мол плъх. Този бозайник, живеещ в подземни бразди, струва за часове много ниско ниво на кислород и напълно без въздух ще продължи толкова 18 минути (за сравнение: човешката мозъчна смърт настъпва средно след пет минути в среда без кислород).
Когато има малко O2 във въздуха, голият мол плъх преминава към анаеробно разграждане на фруктоза - поради факта, че каналите GLUT5, които са отговорни за освобождаването на фруктоза в кръвта, се синтезират в различни тъкани. При други бозайници те се произвеждат само в червата.
Гол мол плъх - единственият бозайник, способен на анаеробно разграждане на фруктоза.
За да помогне на човек
„На Земята има много организми, които могат да се справят без кислород, тъй като анаеробните условия лесно се създават - например в саксия за цветя, компост или крайбрежна утайка, дори в собственото ни тяло“, продължава изследователят.
Докато някои анаероби причиняват сериозна инфекция при изстрел или намушкване, повечето ползи за хората. Например, учени от Калифорнийския университет в Сан Диего научиха бактерията Salmonella enterica да унищожава раковите тумори: някои салмонела синтезира токсин, който прави дупки в мембраните на раковите клетки, вторият специален протеин, който активира имунната система, а други произвеждат молекула, която задейства програма за самоунищожение в раковите клетки.
Метаногенните археи се използват при производството на биогаз от обикновени битови отпадъци, а сулфат-редуциращите групи са в състояние да пречистват отпадните води от замърсяване.
„Днес много мини се затварят поради високата концентрация на сулфат. При добив на въглища се образува голямо количество отпадни води, които след пречистване се вливат в реките. Ако сулфатите не се изхвърлят, рибата и друга водна биота могат да бъдат умъртвени през зимата. Пречистваме рудните отпадни води от тези вредни съединения с помощта на микроорганизми, отглеждани в нашата лаборатория. Създаваме условия в мини, така че сулфатното дишане е възможно там и целият сулфат се отстранява с помощта на бактерии. Тази технология вече се използва на практика във Великобритания, САЩ, Германия. Сега просто създаваме биотехнологии, които могат да работят в климатичните условия на Русия с ниски средни годишни температури “, заключава експертът.
Алфия Еникеева