Если вы учились в школе или вузе до начала 2000-х, вы наверняка помните эту картинку в учебнике: бактериальная клетка, а внутри нее — сложный, замысловатый врост цитоплазматической мембраны, похожий на клубок. Этот органоид назывался мезосомой. Нам рассказывали, что это важнейшая структура, которая участвует в делении клетки, дыхании и прикреплении бактериальной хромосомы.
Звучит логично и красиво. Есть только одна проблема. Мезосом не существует.
Это не преувеличение. То, что ученые десятилетиями видели в электронный микроскоп и описывали в статьях, оказалось не реальной клеточной структурой, а артефактом — призраком, рожденным самим методом исследования.
Что мы учили в школе? Идеальный кандидат на роль органоида
В 1950-60-х годах электронная микроскопия переживала свой расцвет. Ученые впервые смогли заглянуть внутрь бактериальной клетки и увидели там эти сложные мембранные складки. Теория родилась почти мгновенно и выглядела очень убедительно.
Поскольку у бактерий (прокариот) нет митохондрий, казалось логичным, что их функцию — клеточное дыхание — берет на себя какой-то аналог. Мезосомы с их огромной поверхностью идеально подходили на эту роль. Им также приписали участие в формировании клеточной перегородки при делении и в репликации ДНК. Десятилетиями эта модель была незыблемой.
Первые сомнения: почему «призрак» был таким непостоянным?
Однако по мере развития методов сомнений становилось все больше.
- Непостоянство: Мезосомы видели далеко не у всех бактерий. У одного и того же вида они то были, то не были.
- Хаотичность: Их форма и размер сильно варьировались даже в соседних клетках, что нетипично для настоящих органоидов.
- Зависимость от метода: Ученые стали замечать, что количество и сложность мезосом напрямую зависят от того, какими химикатами обрабатывали бактерию перед тем, как положить ее под микроскоп.
Это и стало ключом к разгадке.
Разгадка: призрак, рожденный фиксацией
Классический метод подготовки бактерий для электронной микроскопии в те годы назывался химической фиксацией. Клетки обрабатывали агрессивными веществами (например, четырехокисью осмия), чтобы «убить» и «законсервировать» их структуру.
Проблема в том, что эти фиксаторы крайне грубо действуют на нежную цитоплазматическую мембрану бактерии. Они повреждают ее, нарушая ее нормальную организацию. В результате этого химического удара мембрана хаотично «съеживается» и втягивается внутрь клетки, образуя те самые причудливые складки и пузырьки, которые и принимали за мезосомы.
Как это доказали? Элегантный эксперимент
Окончательную точку в споре поставил новый метод подготовки образцов, появившийся в 1970-80-х годах, — криофиксация (или метод криоскалывания).
Вместо того чтобы травить клетку химией, ее мгновенно замораживали в жидком азоте. Этот процесс, занимающий доли секунды, сохранял все клеточные структуры в их прижизненном, неповрежденном состоянии.
И когда ученые посмотрели на такие, правильно замороженные, бактерии, они не обнаружили никаких мезосом. Мембрана была гладкой. Призрак исчез, как только на него посветили «правильным светом».
Вывод: великий урок научной методологии
История мезосом — это не история о «глупых ученых прошлого». Это великий и поучительный рассказ о том, насколько результат наблюдения зависит от метода. Это яркий пример того, как наука работает: выдвигает гипотезы, находит доказательства, сомневается, разрабатывает новые методы и, если нужно, безжалостно отказывается от старых, даже самых красивых, теорий в пользу фактов.
Мезосомы навсегда остались в истории науки как один из самых известных «артефактов», который учит нас главному научному принципу: сомневайся во всем, и в первую очередь — в своем собственном методе.
Источники для углубленного изучения
- Ryter, A. "Contribution of bacteriological cytology to the progress of knowledge in other fields of biology." (Один из первооткрывателей, позже признавший артефактную природу).
- Higgins, M. L., Tsien, H. C., Daneo-Moore, L. "Organization of the bacterial cell surface."
- Brock, T. D. "Brock Biology of Microorganisms." (Современные издания этого классического учебника четко определяют мезосомы как артефакты).
Какие еще научные «призраки», которые оказались артефактами или ошибочными теориями, вы знаете? Поделитесь в комментариях!