Фораминиферы могут дышать… нитратами

[dr.moro 2]

Вот - показалось любопытным:

 

"Фораминиферы могут дышать… нитратами

 

Некоторые бактерии, обитающие там, где нет свободного кислорода (а так нередко бывает на дне водоема или в почве), способны вместо него использовать для окисления органических веществ (углеводов, спиртов, органических кислот) нитраты NO3-, восстанавливая их до свободного молекулярного азота N2. Такой способ получения необходимой для жизнедеятельности энергии называют денитрификацией, а бактерий, осуществляющих данный процесс, - денитрификаторами. Например, реакция окисления глюкозы за счет нитратов может быть записана как

 

5C6H12O6 + 24KNO3 24KHCO3 + 12N2 + 18H2O.

 

Денитрификаторы возвращают в атмосферу тот азот, который когда-то был связан азотфиксаторами. Но если процесс азотфиксации очень древний, возникший, по-видимому, на самых ранних этапах развития биосферы, то денитрификация (замкнувшая ту часть глобального углеродного цикла, которая связана с выходом в атмосферу) могла появиться лишь после того, как другие бактерии, нитрификаторы, стали производить нитраты, окисляя (также для получения энергии) аммонийные соединения. Но это в свою очередь могло произойти в условиях кислородной атмосферы Земли, т.е., согласно современным представлениям, не ранее чем 2.4 млрд лет назад. По-видимому, способность к денитрификации возникала в эволюции не единожды: свойственна она представителям разных групп бактерий, порой совсем неродственных, но оказавшихся в среде, где нет свободного кислорода, а есть нитраты.

 

До недавнего времени считалось, что все денитрификаторы - бактерии, прокариоты. Поэтому настоящей сенсацией стала статья, опубликованная большой группой исследователей из Дании, Нидерландов, Испании и Швеции об осуществлении денитрификации одноклеточными эукариотами, а именно фораминиферами (Risgaard-Petersen N., Langezaal A., Ingvardsen S. et al. // Nature. 2006. V.443. P.93-96). Эти организмы, похожие на амеб, но имеющие известковую раковинку, весьма обычны в морях.

 

Все началось с того, что, изучая верхний слой грунта в одном из фьордов Швеции, эти исследователи обнаружили в верхних 20 мм донных осадков, в анаэробных условиях (кислород там исчезал уже на глубине 2-3 мм), очень много нитрата, и находился он не в воде между частицами грунта, а внутри живых клеток. Но единственными организмами, присутствовавшими там в большом количестве, были фораминиферы Globobulimina pseudospinescens, поэтому подозрение пало именно на них, тем более, что распределение численности этих простейших по глубине полностью совпадало с распределением нитратов. Поскольку накопление нитратов в клетке требует немалых энергетических затрат, очевидно, фораминиферам нитраты зачем-то очень нужны.

 

 

Профили распределения кислорода и численности фораминифер (слева), нитритов и нитратов в воде и в клетках этого простейшего (справа). Кислород обозначен кружками, содержание клеток - в виде серой гистограммы; концентрация NO3- и NO2- в воде показана квадратными фигурками, в клетках - розовой гистограммой. (По: Risgaard-Petersen N. et al., 2006.)

Предположение о "нитратном дыхании" у фораминифер, обитающих в анаэробных условиях, высказывалось уже 15 лет назад (Bernhard J.M., Reimers C.E. // Biogeochemistry. 1991. V.15. P.127-149), однако доказательств тогда не было. Авторы обсуждаемой работы эту гипотезу проверяли в лабораторных экспериментах, используя изотоп азота 15N. Фораминифер помещали в воду, лишенную кислорода, но содержащую меченый нитрат 15NO3-, и через некоторое время начинал выделяться молекулярный азот с изотопом 15N. Затем авторы проверяли, не образуется ли N2 за счет анаэробного окисления аммония по реакции

NH4+ + NO2- N2 + 2H2O.

 

Этот процесс известен давно, но только три года назад были найдены бактерии, осуществляющие его в природе, - у верхней границы анаэробной зоны Черного моря (Kuypers M.M, Sliekers A.O., Lavik G. et al. // Nature. 2003. V.422. P.608-611). Образующийся в ходе такого окисления молекулярный азот получает один атом от аммония, а другой от нитрита. Еще один способ образования молекулярного азота бактериями - это анаэробное (с помощью нитратов) окисление метана (подробнее см.: http://elementy.ru/news/430204). Однако в опытах с фораминиферами ни анаэробного окисления аммония, ни анаэробного окисления метана не было выявлено.

 

Авторы, видимо, исходили из того, что денитрификацию в клетках фораминифер могут осуществлять эндосимбиотические бактерии. Поэтому они определили скорость процесса для одной фораминиферы, а потом, зная среднюю денитрифицирующую активность бактериальной клетки, рассчитали, какое количество бактерий должно быть ассоциировано с одной клеткой простейшего. Оказалось, что их должно быть от 5600 до 22500. Однако с помощью электронной микроскопии и метода флуоресцентной гибридизации исследователи обнаружили, что на поверхности фораминиферы присутствует не более сотни бактериальных клеток, а внутри фораминифер симбиотических бактерий вообще нет. Поэтому был сделан вывод о способности самих фораминифер осуществлять денитрификацию и о протекании этого процесса в митохондриях (органеллах, используемых для обычного - кислородного - дыхания), где и находятся необходимые для него ферменты.

 

Неполная денитрификация ранее обнаруживалась у трех эукариотических организмов: инфузории Loxodes и грибов Fusarium oxysporum и Cylindrocarpon tonkinense. В анаэробной среде инфузория восстанавливает нитрат до нитритов, а грибы - до оксида азота. Но только фораминиферы - единственные из эукариот - способны сами, без помощи симбиотических бактерий, осуществлять полную денитрификацию: от нитрата до образования молекулярного азота. Пока, правда, остается неизвестным, ни насколько распространена среди фораминифер эта способность (в данной работе денитрификация выявлена еще у Nonionella cf. stella и Stainforthia spp.), ни когда она возникла и каков ее вклад в биосферный цикл азота.

 

Гиляров А.М.,

доктор биологических наук

Москва"

источник

[Pavelm 20]

Вот оно - подтверждение моих предположений! :vo: Спасибо огромное за ссылку :!:

[goody 13]

Просветите пожалуйста. Каким образом фораминиферы "которые могут дышать нитратами" помогут в практической денитрификации? Не ну если их запустить в аквариум много... Хотя, если честно, я понятия не имею кто это такие и почему их тогда не используют в аквариумистике?

[askrv 0]

Хотя, если честно, я понятия не имею кто это такие и почему их тогда не используют в аквариумистике?

Не используют, эт наверно потаму, что это все-таки новость науки?

[dr.moro 2]

Это просто еще раз говорит о том, что путей денитрификации может быть много, и это еще один из возможных.