Микробиологи объяснили появление электричества в донных отложениях Мирового океана

Компьютерная модель кабелей из клеток бактерий в морском иле
Компьютерная модель кабелей из клеток бактерий в морском иле
Кабели связывают бактерии из верхних донных отложений (оранжевые) и глубокого анаэробного слоя (чёрный)
Кабели связывают бактерии из верхних донных отложений (оранжевые) и глубокого анаэробного слоя (чёрный)
В чайной ложке придонных отложений может помещаться километр живых электрических кабелей. Пучок таких волокон можно извлечь из грязи пальцами
В чайной ложке придонных отложений может помещаться километр живых электрических кабелей. Пучок таких волокон можно извлечь из грязи пальцами
На снимке показано поперечное сечение четырёх живых кабелей. Оболочка каждого представляет собой окружность из 15 составляющих, спрятанных под поверхностью клетки
На снимке показано поперечное сечение четырёх живых кабелей. Оболочка каждого представляет собой окружность из 15 составляющих, спрятанных под поверхностью клетки
Аспирант Кристиан Пфеффер (Christian Pfeffer) протягивает тонкую проволоку сквозь колонку донных отложений, чтобы разъединить провода, образованные бактериями
Аспирант Кристиан Пфеффер (Christian Pfeffer) протягивает тонкую проволоку сквозь колонку донных отложений, чтобы разъединить провода, образованные бактериями
Другой аспирант Стеффен Ларсен (Steffen Larsen), изучая образцы, извлечённые с морского дна, под микроскопом, открыл ещё один вид бактерий-кабелей
Другой аспирант Стеффен Ларсен (Steffen Larsen), изучая образцы, извлечённые с морского дна, под микроскопом, открыл ещё один вид бактерий-кабелей
Третий аспирант Цзе Сун (Jie Song) демонстрирует увеличенное изображение живых кабелей, образованных бактериями
Третий аспирант Цзе Сун (Jie Song) демонстрирует увеличенное изображение живых кабелей, образованных бактериями

Электричество и морская вода — вещи не слишком совместимые. Поэтому несколько лет назад датские исследователи из университета Орхуса (Aarhus University) были весьма удивлены, обнаружив электрические токи, образующиеся в ходе биологических процессов в морском грунте.


С тех пор учёные в сотрудничестве с американскими коллегами из университета Южной Калифорнии (University of Southern California) искали убедительные объяснения этому явлению.


Компьютерная модель кабелей из клеток бактерий в морском иле (иллюстрация Mingdong Dong, Jie Song, Nils Risgaard-Petersen).


Изначально исследователи полагали, что некие бактерии, обитающие в донных отложениях, создают наносети для переноса электронов из глубины на поверхность дна. При этом заряженные частицы необходимы микроорганизмам для активизации процессов окисления, в свою очередь нужных для поддержания функционирования.


Однако в дальнейшем микробиологи обнаружили, что это уникальное явление полностью лежит "на совести" длинных цепочек серных бактерий рода Desulfobulbus, которые сами без посредников создают внутри себя поток электронов.


Оказалось, что размеры каждой бактериальной клетки не превышают нескольких тысячных долей миллиметра. Но они не живут поодиночке, а образуют нити длиной до сантиметра. Мало того, эти скопления представляют собой единый организм, клетки которого обмениваются друг с другом всеми необходимыми веществами.


Основной источник энергии для представителей рода Desulfobulbus – это сероводород, для переработки (окисления) которого бактериям необходим кислород. Но колония живёт на разных уровнях донных отложений, и её отдельные части находятся в неравном положении.


На снимке показано поперечное сечение четырёх живых кабелей. Оболочка каждого представляет собой окружность из 15 составляющих, спрятанных под поверхностью клетки (фото Karen E. Thomsen).


Поясним. У поверхности морского дна кислород присутствует в избытке, тогда как содержание сероводорода весьма скромно. А на глубине ситуация прямо противоположная.


В результате бактерии нашли уникальное для живых организмов решение: они отправляют снизу вверх, от пищевого источника к окислителю, электроны. Таким образом энергию для существования получают все члены гигантского сообщества.


"Сама мысль о том, что цепочка бактерий может быть биологическим аналогом электрического кабеля, невероятна. Но всё встало на свои места, когда мы своими глазами увидели "провода", окружённые непроводящей мембраной ", — рассказывает один из авторов работы Нильс Ризгаард-Петерсен (Nils Risgaard-Petersen) в пресс-релизе университета Орхуса.


На одном квадратном метре ненарушенного морского дна растянуты десятки тысяч километров биологического кабеля. Это поразительные масштабы с учётом размеров структурного элемента (напомним, что длина клеток в тысячу раз меньше миллиметра).


По мнению специалистов, благодаря способности проводить электрический ток, кабель-бактерии обладают огромными преимуществами для выживания в своей экологической нише.


В чайной ложке придонных отложений может помещаться километр живых электрических кабелей. Пучок таких волокон можно извлечь из грязи пальцами (фото Nils Risgaard-Petersen).


Как и два года назад удивительному открытию в области микробиологии пророчат будущее биоэлектроники нового поколения. Но исследователи не торопятся пока конкретизировать практическую сторону вопроса, а планируют далее углубляться в фундаментальные основы биологических и эволюционных процессов.


Последние результаты исследования были представлены в журнале Nature. Ниже мы приводим видео, которое учёные выпустили в 2010 году.



Рейтинг: 0 Голосов: 0 778 просмотров

Нет комментариев. Ваш будет первым!