До недавнего времени самой большой на свете бактерией считалась намибийская серная жемчужина (Thiomargarita namibiensis), открытая в 1997 году, как вы догадываетесь, в Намибии, в донных осадках залива Уолфиш-Бей. Бактерия представляет из себя шарик до 750 мкм (0,75 мм) в диаметре. То есть, её отлично видно невооружённым глазом. Для одноклеточного безъядерного организма, средний размер которых составляет 0,5 - 5 мкм, это прямо гигантский гигант.
Thiomargarita – сероокисляющая бактерия с хемолитоавтотрофным метаболизмом. Её клетки содержат гранулы серы. Благодаря им, шарик отражает и преломляет свет и имеет ярко выраженную белую окраску с радужным отливом. Поэтому бактерии и дали такое красивое имя. К тому же она образует длинные клеточные цепочки, похожие на жемчужные ожерелья.
В 2011 году в Коста-Рике открыли ещё одну гигантскую бактерию. Форма у неё была не круглая, а вытянутая в ниточку, но длина клетки составляла до 1мм. Проведенный в 2016 году генетический анализ показал, что, не смотря на не слишком большое внешнее сходство, новая великанша приходится очень близкой родственницей намибийской жемчужине. Она получила имя Thiomargarita nelsonii. Живёт эта бактерия, прикрепившись одним своим концом к панцирю моллюска, и точно также как и родственница содержит гранулы серы. Выглядит это очень красиво – моллюск обросший тонкой перламутрово-белой шёрсткой.
Но самое удивительное открытие было сделано в этом году в мангровых лесах Гваделупы.
Мангровые заросли – это место где в застоявшейся воде скапливается очень много органики – палые листья, трухлявые ветки, останки погибших животных. Тут мало кислорода, зато очень много азота и серы. Есть чем поживиться, для тех, кто приспособлен к жизни в этом мрачноватом месте. Изучая тамошнюю живность, учёные обнаружили ещё одного представителя рода серных жемчужин.
Данный представитель больше походил не на жемчужину, а на гирлянду сосисок - то сужающуюся, то расширяющуюся тоненькую нить. Впрочем, фамильный перламутровый окрас присутствовал. Одним своим концом нить прикрепляется к палому листу на дне и живёт себе, извиваясь в воде. Когда приходит время размножаться, первое от свободного конца сужение становится всё уже, крайняя секция отделяется и начинает жить собственной жизнью. Но что поразило исследователей – это размеры этих жемчужно-белых нитей. В длину они достигали 1-2 см! Поперечное сечение составляло примерно 150 мкм. Притом, это не цепочка, а единая безъядерная клетка.
Тут надо, наверное, напомнить читателю, что среди одноклеточных эукариот бывают великаны и покруче – гигантские иногда многоядерные клетки, чьи размеры исчисляются многими сантиметрами, но вот у прокариот-бактерий такого великолепия прежде и близко не встречали. Обитателя мангровых зарослей так и назвали - Thiomargarita magnifica, то бишь, серная жемчужина великолепная. Впрочем, близкое родство установили не сразу, а после дотошного анализа. С помощью того же анализа пытались ответить на вопрос: почему серные жемчужины такие большие?
Наверное, это не совсем верная постановка вопроса. Правильнее было бы спросить, а почему прокариоты вообще такие маленькие? Что мешает им достигать больших размеров? Почему для построения макроскопического существа понадобилась многоклеточность? И почему это ограничение не работает для серной жемчужины?
Прежде всего, проблема в несовершенной транспортной системе бактериальной клетки. Нужные вещества доставляются т в нужное место путём обычной химической диффузии , то есть, весь сложный биохимический механизм может нормально работать только в очень маленьком объёме.
Ещё один момент. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), которая играет важнейшую роль в энергетическом обеспечении клетки, формируется главным образом в клеточной мембране. Но с увеличением линейного размера клетки площадь мембраны растет медленнее, чем объем клетки, и это накладывает ограничение на возможный размер всего организма. У эукариотической клетки есть свои хитрости, чтобы эти проблемы преодолевать, что позволило ей увеличить свои средние линейные размеры на два порядка по сравнению с прокариотической. У бактерий из рода Thiomargarita тоже есть свои особенности.
В центре клетки нет оформленного ядра, но есть очень большая вакуоль, заполненная концентрированным соляным раствором. Собственно же цитоплазма распределена понад стеночкой довольно тонким слоем. Причём у великолепной серной жемчужины эта вакуоль проходит через все сужения и расширяющиеся секторы, нигде не прерываясь, за исключением последнего сектора, который предназначен для отделения. Такое распределение цитоплазмы делает диффузию в ней несколько более эффективной. А при более подробно исследовании цитоплазмы были обнаружены уникальные органеллы. Очень компактные, содержащие ДНК структуры, к тому же ещё и окруженные мембраной. Ни у каких других подобных бактерий ничего подобного не известно. Нечто похожее есть у эукариот, у которых клетка разделена на отсеки, где локализованы определённые биохимические процессы. Это явление называется компартментализацией, и, очевидно, именно он помог клетке выйти в следующий размерный класс. Но у серных жемчужин это разделение организовано несколько по другому принципу.
Автор: Наталья Беспалова
Кот настоятельно рекомендует подписываться на журнал "Наука и Техника"
Путеводитель по каналу «Кот-учёный». 2021
#биология #эволюция #бактерии #рекорды #интересные факты
