Донные бактерии построили себе лэп для непрерывного питания
Микробы в толще осадочного материала потребляют пищу, а бактерии на поверхности — кислород. Дабы последним провернуть данный трюк, им необходимо передавать друг другу электроны, а это возможно сделать, вырастив микроскопические провода.
И речь заходит о «линиях электропередачи» порядка нескольких сантиметров длиной, что в 20 тысяч раза больше поперечника самих бактерий.
Бактерии, обитающие в толще донных отложений, изобрели настоящую «электропроводку», помогающую им усваивать нужные вещества. О таком ярком открытии сказали пару дней назад Ларс Петер Нильсен (Lars Peter Nielsen) и его коллеги из японского института и университета Орхуса передовых прикладных технологии и наук (AIST).
Нильсен изучал в лаборатории донные отложения, забранные из залива Орхуса. Исследователя интересовало изменение в балансе веществ, вызванное деятельностью бактерий.
В частности, он смотрел за концентрацией последовательности органических сероводорода и составов в пробного материала.
Ведущий создатель новой работы Нильсен изучает образцы, забранные со морского дна (фото N. Risgaard-Petersen).
В то время, когда количество кислорода в воде над ним учёные быстро уменьшили, замедлилось и потребление этих соединений бактериями. Они перерабатывают вещества за счёт окислительно-восстановительных реакций, для которых бактериям нужен кислород.
А по окончании того как концентрацию кислорода вернули к норме, темп потребления веществ в толще отложения быстро вырос, причём менее чем через час по окончании подачи живительного газа.
По оценке Ларса и его сотрудников, для того чтобы времени не хватило бы на молекулярную диффузию в толщу осадка, перемены шли заметно ниже аэробной территории, и это было необычно. «У вас имеется процесс, происходящий в глубине осадков, что связан с потреблением кислорода на самой их поверхности. Разумеется, он идёт при посредничестве бактерий», — заявил учёный.
Практически сверхдлинные отростки разрешают бактериям применять в собственных заинтересованностях атомы-атомы и доноры-акцепторы без яркого контакта с ними, решили биологи. (Подробности авторы работы изложили в статье в Nature.)
Изменение сероводорода и концентрации кислорода на различных уровнях отложений во времени за пара циклов опыта Нильсена.
Видно, что при каждом добавлении кислорода срочно направляться провал в концентрации сероводорода, не смотря на то, что они разведены между собой в пространстве (иллюстрация Lars Peter Nielsen et al.).
Правда, пока сами бактериальные провода Нильсен не заметил, он лишь собирается подтвердить их наличие. Но вот что весьма интересно.
Ещё недавно биолог Юрий Горби (Yuri Gorby), в то время сотрудник Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL), открыл, что кое-какие бактерии вправду могут строить весьма долгие электроцепи из собственных выращенных семь дней. И необходимы они микробам, как установили тогда естествоиспытатели, как раз для компенсации дисбаланса электронов при неравномерного распределения в окружающей среде кислорода и разных питательных веществ.
Юрий с энтузиазмом воспринял открытие сотрудников из японии и Дании, увидев что для обнаружения электроцепей в данном конкретном случае, возможно, направляться заморозить фрагмент донных отложений и изучить их под электронным микроскопом. «Последствия существования нанопроводов в донных отложениях — глубокие», — заявил Горби.
Что ещё занимательнее — фактически в один момент вторая несколько учёных из америки, Франции, Великобритании и Бразилии разместила в JGR-Biogeosciences итог собственного изучения, также затронувшего тему электроцепей у донных бактерий.
Эта несколько придумала сам термин и принцип действия «биогеобатареи» (biogeobattery) для объяснения последовательности интенсивных электрохимических реакций, идущих в донных отложениях. Она продемонстрировала, что бактерии выступают как катализаторы, либо посредники в передаче электронов от доноров к акцепторам, а вероятный механизм тут — токопроводящие отростки.
Электрические токи в отложении.
1 – аэробная территория, куда попадает кислород, 2 – лишённая кислорода территория, 3 – сульфидная территория. Толстые тёмные и белые стрелки – миграция ионов, светло синий стрелки – микробная электролиния (иллюстрация Lars Peter Nielsen et al.).
Косвенно правоту данной предположения подтвердили опыты в лаборатории и на местности. Учёные измеряли электрические потенциалы в толще отложений и нашли, что их амплитуда (более чем 100 милливольт) и полярность просто-таки требуют наличия долгих невидимых проводников.
Один из фаворитов данного изучения Андре Ревил (Andre Revil) из школы горнорудного дела Колорадо (Colorado School of Mines), определив о параллельной работе Нильсена, заявил, что она подкрепляет аргументы в пользу новой теории биогеобатареи.
Вместе с тем Ревил увидел, что в большинстве случаев экспериментаторы, исследующие окислительно-восстановительные процессы, сосредотачивали внимание на малом масштабе. Дескать, до сих пор никому в голову не приходило, что в природе молекулы-молекулы и окислители-восстановители, участвующие де-факто в одной реакции, смогут разделять многие сантиметры.
В это же время раскрытие всех подробностей таковой деятельности бактерий может привести к появлению необыкновенных генераторов энергии — сетей электродов в донных осадках. Они имели возможность бы поставлять скромную толику тока для научных датчиков.
Кроме этого верные бактерии, запущенные в толщу токсичных отходов, благодаря собственному умению применять поверхностный кислород были бы способны очищать такие отложения от негативных соединений.
