Как бактерии социализм построили

Если я спрошу вас, зачем мы кушаем? Многие ответят, чтобы получить энергию. И на этот вопрос ответят многие. А почему мы дышим? Тут уже труднее.

Животным необходимо есть и дышать кислородом, чтобы поддерживать обмен веществ. В нашем организме часть съеденного расщипляется в сахар - глюкозу, которая обеспечивает энергией наши клетки. Каждая клетка организма - это завод. В клетках глюкоза-топливо отдает электроны молекулам кислорода. Когда ядро клетки дает приказ произвести тот или иной белок, чтобы, например, дышать, думать, бегать, прыгать, то клеточные строения - органеллы-работники, работая на энергии, полученной из топлива, производят нужный белок.

То есть внутри наших клеток шныряют электроны от молекул, которые отдают электроны, к молекулам, которые принимают электроны. А что мы именуем движением электронов? Правильно - электричество! Все живые клетки вырабатывают электричество, но в очень малых масштабах, ведь электроны преодолевают очень маленькие расстояния - всего несколько нанометров.

А. Нити кабельных бактерий, протянувшиеся между слоями осадка, которые отделены друг от друга. В. Изображение, полученное с помощью светового микроскопа, показывающее пучок нитей кабельных бактерий. C. Изображение, полученное с помощью электронного микроскопа, показывающее электропроводящие волокна. Красная стрелка указывает на электронно-проводящее волокно.

Долгое время биологи считали, что электроны в клетках могут перемещаться только на очень короткие расстояния. Однако в 2012 году эти представления были опровергнуты открытием кабельных бактерий (кандидат Electronema aureum GS) и их странного обмена веществ. В большинстве живых клеток перенос электронов происходит внутри одной клетки. Клетки же кабельных бактерий должны работать вместе, чтобы вырабатывать энергию!

Кабельные бактерии можно найти в осадочных породах, на дне озер и океанов. В световой микроскоп кабельные бактерии выглядят как параллельные волокна, по которым бактерии могут переплавлять электроны между клетками внутри нити. Эти волокна - соединенные друг с другом в длинную цепочку или нить бактерии. Это можно назвать примитивной формой многоклеточности. Почитать почему бактерии все же нельзя назвать такими же многоклеточными, как нас с вами, можно здесь. Длина такой кабельной нити из бактерий может достигать нескольких сантиметров, что много для бактерий. На один квадратный метр осадочных пород может приходиться до 20 000 км нитей кабельных бактерий, то есть они встречаются во многих местах по всему миру.

Клетки забирают электроны у сероводорода и передают их на электронопроводящее волокно. Остальные клетки имеют доступ к кислороду и передают электроны молекулам кислорода. Чтобы получить энергию, клетки должны работать вместе.

На дне океана глюкозы не имеется. Поэтому вместо нее бактерии используют молекулу сероводорода, забирая у нее электроны, они передают их кислороду. Но кислород и сероводород находятся в разных местах в осадочных породах, в дали друг от друга. То есть одной маленькой бактерии не добраться от одного конца породы с сероводородом до другого с кислородом. Но когда бактерии собраны в нить, то все вместе могут дотянутся от одного конца породы в другой. Кабельные нити располагаются в осадке таким образом, что 90% клеток имеют доступ к сероводороду.

Кабельные бактерии используют внутренние проводящие волокна для переноса электронов, имеют такой своеобразный скелет. Также сероводородная часть кабеля привлекает разнообразные бактерии, которые плавают плотной стайкой вокруг, но немедленно рассеиваются, если связь с кислородом концом нарушается. Кабельные бактерии работают сообща на общее благо! Прямо как при социализме. Естественно, ученые хотят научиться использовать бактерии для выработки электричества и использования их в хозяйстве.

Каждая клетка заботится о своих собственных энергетических потребностях. Клетки отбирают электроны у одних молекул, и отдают их другим.

Пока что эти бактерии вызывают больше вопросов, чем рассказывают о себе. У кабельных бактерий энергия, получаемая в результате этой совместной работы, делится не поровну. Но тут скорее виновата химия и физика, чем намерения бактерий. Большая часть энергии вырабатывается, когда электроны отбираются у сероводорода, и те клетки, что это делают, могут расти. Меньше всего энергии получают бактерии на том конце нити, которые отдают электроны кислороду. Но если эти бактерии будут недополучать энергии, то они умрут, и некому будет работать с кислородом. То есть вся нить умрет, но этого не происходит. Акт ли это самопожертвования у бактерий? Или же их сменят на кислородной вахте другие? Почему так ученые пока не знают.

Источники:

Geerlings NMJ, Middelburg JJ, Polerecky L and Meysman FJR (2023) Cable Bacteria Get Energy Through Electrical Teamwork. Front. Young Minds. 11:978226. doi: 10.3389/frym.2023.978226

Digel, Leonid, et al. "Cable bacteria skeletons as catalytically active electrodes." Angewandte Chemie International Edition 63.6 (2024): e202312647.

Bjerg, Jesper J., et al. "Cable bacteria with electric connection to oxygen attract flocks of diverse bacteria." Nature communications 14.1 (2023): 1614.

Ставя палец вверх и подписываясь, Вы помогаете мне продвигать настоящую науку.

Предыдущая статья: Острова, на которых не побывать