Температура на поверхности Марса регулярно поднимается и  опускается в течение суток, но не один, как на Земле, а два раза.   Об этом свидетельствуют новые данные, полученные NASA с  орбитального зонда MRO.

Марс«Мы видим температурный максимум в полдень, но мы также видим ещё  один максимум чуть позже полуночи», – отмечает Армин Клейнбуль   (Armin Kleinboehl) из Лаборатории реактивного движения Пасадены –   ведущего исследовательского учреждения марсианской миссии NASA.

Явление регулярных глобальных колебаний силы ветра, температуры и  давления носит название атмосферных приливов. Обычно такие  приливы случаются в течение суток, но бывают и полусуточные.   Главное отличие Марса от Земли в этом смысле состоит в том, что у  нас температуры меняются в основном в ближайшем к поверхности  слое атмосферы, а более высокие слои остаются практически  нетронутыми, в то время как на Красной планете газовая оболочка  весьма существенно нагревается и охлаждается по всему своему  объёму.

Полусуточные атмосферные приливы на Марсе были впервые  зафиксированы ещё в 70-е годы прошлого века, однако до сих пор  считалось, что они возникают лишь в сезон активных пыльных бурь.   Теперь же данные MRO показывают, что температура продолжает  меняться именно по такому циклу и при чистой атмосфере. Средний  показатель изменений составляет 58 градусов по Фаренгейту, 14 по  Цельсию или 32 кельвина.

Клейнбуль и его коллеги нашли причину данного феномена в облаках  из водяного льда, располагающихся на высоте от 10 до 30   километров над поверхностью Красной планеты. Эти облака способны  поглотить инфракрасное излучение Солнца в таком объёме, чтобы  потом нагреть атмосферу вокруг. По словам Армина Клейнбуля,   учёным следует более тщательно изучать роль облаков в глобальных  климатических процессах как на других планетах, так и на Земле.

Источник: Научная Россия

Находки окаменевшей мускулатуры считаются в палеонтологии уникальным, из ряда вон выходящим событием. Образец девонской рыбы с сохранившимися мышцами живота, обычно встречающимися лишь у наземных тетрапод, оказался удивительным вдвойне.

Панцирная рыба Неожиданная находка была сделана международной группой ученых, исследующих фауну австралийской формации Gogo. В породах девонского периода они обнаружили окаменевшие остатки панцирной рыбы с сохранившейся мускулатурой тела. Этот образец оказался дважды уникальным – и как единственный в мире пример сохранности мягких тканей возрастом 380 млн лет, и как первая в мире находка окаменевших мышц у представителей класса Placodermi.

 Напомним, что плакодермы, широко известные под неформальным названием "панцирные рыбы", считаются одними из первых изобретателей настоящих челюстей, сформированных жаберными дугами – именно у плакодерм они появились еще на заре истории позвоночных. Расцвет панцирных рыб пришелся на середину палеозойской эры, когда они распространились практически по всему миру. Однако уже к каменноугольному периоду эта группа полностью исчезла из геологической летописи.

 Образец плакодермы с сохранившимися мышцами, найденный на северо-востоке Австралии, изучали в лаборатории Европейского центра синхротронного излучения. Как показали полученные данные, у древнего панцирного существа имелись отлично развитые шейные мускулы, которые не встречаются у живущих сегодня рыб, в том числе и акул, считающихся наиболее близкими к плакодермам среди современных животных.

 Еще больше удивили палеонтологов накачанные мышцы живота. До последнего времени брюшной пресс считался исключительной привилегией сухопутных тетрапод и их вторичноводных потомков. По мнению исследователей, мускулистый живот панцирных рыб указывает на их тесные родственные взаимосвязи с первыми вышедшими на сушу четвероногими, сообщает Examiner.

 "Мы никак не ожидали встретить у этой рыбы мышцы, да еще мышцы живота. Дело в том, что даже современные рыбы при плавании в основном изгибают тело вбок и двигают хвостом влево-вправо, так что их мускулатура расположена по бокам, – отметил доктор Гэвин Янг с геологического факультета Австралийского национального университета. – Что интересно, когда мы стали искать аналоги этим мышцам, то они нашлись лишь… у наземных животных".

 Палеонтолог напомнил, что к настоящему времени науке известно несколько примеров ископаемых мягких тканей древних рыб. Среди них нервные и мышечные клетки, старейший из окаменевших эмбрионов позвоночных и даже древняя пуповина. Возможно, что следы мягких тканей присутствовали и в нескольких других образцах древних рыб, но те были уничтожены во время травления кислотой в ходе камерального изучения.

 Ведущий автор исследования, профессор австралийского университета Кертина Кейт Тринайстик призналась, что ученые были буквально ошеломлены, обнаружив у панцирных рыб самый настоящий брюшной пресс.

 "Ничего подобного никогда еще не встречалось нигде в мире. Мы на самом деле нашли мышцы, и мы нашли их в таком количестве и сохранности, что впервые можем нанести на схему всю мускулатуру этой рыбы, – сообщила она. – Прежде мышцы живота считались изобретением наземных животных, но наше открытие показывает, что они появились гораздо раньше в эволюционной истории. Это говорит нам, что примитивные – еще не значит простые. Эти рыбы имели уникальную и сложную мускулатуру, которая не встречается у современных рыб".

 Напомним, что у позвоночных обитателей суши брюшной пресс защищает внутренние органы и помогает держать осанку. Для чего он понадобился закованным в костяную броню обитателям девонских морей, пока не вполне ясно.

 Статья, описывающая сохранившуюся мускулатуру панцирных рыб, опубликована в журнале Science.

Источник: PaleoNews

Без кислорода жизни нет, и все организмы неустанно заботятся о том, чтобы эффективно снабжать свои органы и ткани этим газом. Всё, что связано с газообменом, изучается довольно давно, и, казалось бы, белых пятен тут быть не может. Тем не менее эти самые физиологические, генетические и молекулярно-биохимические уловки, повышающие эффективность газообмена, столь разнообразны, что до сих пор интригуют учёных. Интригуют настолько, что в журнале Science, например, вышло сразу три статьи, посвящённые особенностям газообмена у разных групп животных.

Схема молекулы миоглобина. (Иллюстрация giselaguarneros.)Самыми изобретательными в смысле снабжения тканей кислородом считаются водные животные, особенно те, что начинали свою эволюцию на суше, но потом вернулись в водную стихию — как китообразные. В первой из статей как раз и говорится об особенностях газообмена у китов, точнее, об особенностях их миоглобина. Миоглобин — это мышечный белок, который запасает кислород и снабжает им мышцы; он же придаёт мышцам красный цвет. Очевидно, чем больше миоглобина, тем больше кислорода удастся запасти, и у животных, которые ныряют глубоко и надолго, миоглобина в мышцах так много, что они выглядят уже не красными, а чёрными.

Скелет пакицета — древнейшего предка китов. (Фото Esteban Rivas.)Однако миоглобин в таких концентрациях должен слипаться и превращаться в бесполезные белковые скопления. Но, как пишут Майкл Беренбринк и его коллеги из Ливерпульского университета (Великобритания), у китов миоглобин имеет некоторые особенности: его молекулы несут избыточный положительный заряд, из-за которого они отталкиваются друг от друга — как одноимённые полюса магнита. То есть «водный» миоглобин защищают от слипания электростатические силы.

Однако исследователи этим не ограничились — они попытались восстановить молекулы миоглобинов, которые были у предков современных китообразных. А по структуре миоглобина можно было прикинуть, сколько времени мог проводить под водой тот или иной ископаемый организм. Так учёным удалось показать, что древний наземный предок современных китообразных по имени пакицет, хоть и жил вблизи водоёмов, мог проводить под водой не более 90 секунд. При этом по размерам тела пакицет не превосходил современного волка. Но уже спустя 15 млн лет шеститонный базилозавр мог нырять на 17 минут. Ну а нынешние киты проводят под водой более часа.

Другая работа, выполненная международной командой учёных из Австралии, Франции, Италии и Канады, посвящена гемоглобину лучепёрых рыб. Гемоглобин представлять не надо, это, наверное, самый известный из белков крови (и вообще — из белков). Однако у некоторых организмов гемоглобин имеет любопытные особенности. Например, гемоглобин рыб сверхчувствителен к кислотности и быстро избавляется от кислорода, если кислотность среды начинает расти. Если, скажем, в воде оказывается чуть больше углекислого газа, который повышает кислотность, то рыбий гемоглобин старается избавиться от кислорода («эффект Рута»).

Иными словами, в условиях повышенной кислотности ткани должны быстро насыщаться кислородом. Это действительно так в случае плавательного пузыря, когда гемоглобин интенсивно накачивает его кислородом, чтобы не дать рыбе задержаться на слишком большой глубине, в области высокого давления. То же самое исследователям удалось увидеть и в рыбьих мышцах: они вводили в мышцы сенсор, чувствующий уровень кислорода, и помещали рыб в воду, насыщенную CO₂. Кислород в мышцах немедленно подскакивал на 65%. Видимо, в тяжёлых условиях важно было насытить ткани кислородом, чтобы выдержать стресс. Учёные полагают, что, например, лосось может подниматься по реке, преодолевая препятствия, как раз благодаря такому свойству гемоглобина, насыщающему мышцы кислородом.

Белоногие хомячки, обитающие в горах, пользуются особой версией гемоглобина. (Фото n.clark.)В третьем материале, написанном коллективом авторов из Университета Небраски в Линкольне (США) и Университета Орхуса (Дания), речь идёт опять-таки о гемоглобине, но на примере совсем не водного животного — белоногого хомячка. Эти грызуны живут на разных высотах над уровнем моря, что и отражается на структуре их гемоглобина: у тех хомячков, что забрались высоко, гемоглобин лучше связывает кислород. То есть даже при пониженной его концентрации гемоглобин всё равно выхватит кислород из воздуха и доставит куда надо. В этом нет ничего неожиданного, однако авторы работы обнаружили любопытное свойство у мутаций, которые отвечали за разницу в сродстве к гемоглобину. Этих мутаций было двенадцать, причём крайне важным был контекст. Если мутация оказывалась в определённой комбинации с другими, то эффект от неё был положительный. Если же благоприятного контекста не было, мутация вела к обратному эффекту — гемоглобин начинал хуже связывать кислород. То есть польза и вред от мутации (по крайней мере в случае гемоглобина у белоногих хомячков) — понятия относительные, а не абсолютные.

Все перечисленные работы посвящены главным газообменным белкам, однако, разумеется, модификациями в гемоглобинах и миоглобинах дыхательные усовершенствования не исчерпываются. Легко заметить, что во всех случаях адаптации в физиологии и молекулярной механике газообмена возникали, когда животным нужно было решить стрессовую проблему — например, выйти в новую среду обитания или преодолеть изменения в окружении. Если учесть, что прогресс человеческой цивилизации тоже подчас приводит к сильному недостатку кислорода (что в первую очередь касается жителей мегаполисов), то не пора ли и нам перенять что-то из газообменных изобретений китов? Или хотя бы белоногих хомячков?..

Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА

Науку всегда волновало, как летучие живые существа запасают нужное количество энергии. Ведь для многих из них КПД полёта не превышает 10% (особенно это касается насекомых). И главное: в моменты резкого ускорения (включая взлёт) потребность в энергии для взмахов крыльями резко возрастает и начинает превышать ту, что, согласно общему анализу энергобаланса насекомых, есть в их распоряжении.

Бражник табачный в полёте, а также изображения, полученные рассеиванием рентгеновского излучения на его крыльях сразу после искусственной стимуляции движущих их мышц. (Иллюстрации N. George et al.)Где они берут ту прорву энергии, которая необходима для полёта в моменты резкого набора скорости?!

Том Дэниэл (Tom Daniel) и его коллеги по Вашингтонскому университету (США) полагают, что подобралась к ответу на этот вопрос.

Применив в качестве модельного организма бражника табачного (Manduca sexta), его подвергли рентгеновскому облучению под малым углом к поверхности движущихся крыльев. Температурная разница между спинной и брюшной сторонами крыла оказалась достаточно значимой, чтобы запасать в крыле энергию упругих деформаций, оставляя её в более холодных частях мускула и затем высвобождая при переходах между сокращением и расслаблением.

Это позволяет снизить нагрузку на крыло при резком разгоне и торможении: упругая деформация как бы растягивает во времени процесс резкого ускорения, что снижает общие энергозатраты на него. Между тем именно периоды самого быстрого изменения скорости считаются наиболее энергоёмкими при любых перемещениях.

Описанные результаты следовали из снимков, сделанных и при 25, и при 35 °C на протяжении 100 циклов (по 8 мс) подряд. По мере того как белок актин скользит по миозину (вы не поверите — тоже белок) в мышцах, их взаимодействие рождает силу, и чем выше температура этих межмолекулярных взаимодействий, тем больше эта сила. Замеры показали, что разница температур брюшной и спинной сторон крыла в полёте может достигать 6,9 °C!

Рассеивание рентгеновских лучей на мышцах крыла бражника позволило буквально увидеть, что происходит внутри насекомого во всём диапазоне рабочих для него температур, то есть от 25 до 35 °C. Оказалось, что циклы скольжения актина по миозину в самом деле меняются по скорости в строгом соответствии с ожиданиями — прямо пропорционально росту температуры.

Таким образом, на нижней по отношению к набегающему потоку части крыла мускулы теплее, а потому работают активнее, в то время как верхняя остаётся более прохладной. Разница между этими частями несущей плоскости порождает упругую деформацию, которая помогает мышце крыла начать следующий цикл сокращения или сжатия.

Как отмечают исследователи, выявление этого механизма может оказаться важным для понимания не одного только полёта насекомых, но и вообще локомоции живых существ.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Самой длинной из проживающих сейчас костной рыбой является Regalecus glesne - сельдяной король или ремнетел (рыба-ремень). Длина выловленной в конце 19 века особи достигала 17м, что всего на несколько метров короче китовой акулы, а вес ее был около 250 кг.

Подробнее...

Участники международного океанологического проекта SERPENT   сообщают о грандиозном успехе: им, возможно, впервые удалось  заснять на видео в естественной среде обитания так называемого   «сельдяного короля» – самую длинную из живущих в мировом океане  костных рыб, наводившую ужас на многие поколения моряков и  рыбаков.

Сельдяной король По-научному это существо именуется Regalecus glesne,   по-русски ремнетел или ремень-рыба. Впервые оно было описано  норвежским биологом Петером Асканиусом в 1772 году. Народное  название «сельдяной король» рыба получила за своеобразную   «корону» из отростков спинного плавника на голове, а также, судя  по документам прошлого, за привычку сопровождать косяки сельди и  время от времени собирать оттуда «дань» в виде определённого  количества рыбёшек. Люди также отождествляли ремнетела с  мифическими морскими змеями. Однако увидеть его воочию они, как  правило, могли лишь погибшим или выбросившимся на берег; одна  такая особь попала в книгу рекордов Гиннеса с длиной 17 метров.

Голова ремнетела (Сельдяного короля)На сей раз учёным под руководством американца Марка Бенфилда   (Mark Benfield) из университета штата Луизиана посчастливилось  наблюдать живого ремнетела на глубине 493 метра вблизи одной из  нефтедобывающих платформ в Мексиканском заливе.

«Сначала, когда мы увидели какой-то длинный вертикальный  блестящий предмет,… он выглядел как опускаемая в море бурильная  труба. Но, приблизив камеру, мы поняли, что это не труба, а рыба.   И при приближении нашего автоматического подводного аппарата она  уплыла вниз хвостом», – рассказывает Бенфилд.

На видео видно, что «сельдяной король» отличается своеобразной  манерой плавания: за счёт волнообразных движений спинного  плавника, растущего вдоль всего тела, он перемещается обычно в  вертикальной плоскости. Рыба, которую наблюдали океанологи, имеет  в длину от пяти до семи метров.

Проект SERPENT осуществляется университетом штата Луизиана,   австралийскими университетами Сиднея и Вуллонгонга под  руководством специалистов Национального океанографического центра  в Саутгемптоне (Великобритания) и при посредничестве крупнейших  нефтегазовых корпораций.

Источник: Научная Россия

Один из ранних представителей птиц, знаменитый археоптерикс, носил яркое и пестрое оперение. Согласно данным, полученным британскими учеными, его перья были довольно светлыми, но с черными кончиками и темной полоской вдоль одного из краев.

Архиоптерикс Восстановить детали окраски давно исчезнувшего существа помогли современные методы научного исследования. Прежде ученые считали, что в дошедших до наших времен остатках археоптериксов совершено не сохранилась органика, ему принадлежавшая. Однако тонкий химический анализ некоторых образцов позволил обнаружить присутствие соединений серы, которые просто не могли попасть в горную породу иначе, как от самого животного. Также были найдены соединения железа, по всей вероятности, связанные с пигментами древнего ящера.

 "Это большой шаг вперед в нашем понимании эволюции оперения", – заявил ведущий автор работы, палеонтолог университета Манчестера Филлип Мэннинг. Вместе со своими коллегами Уве Бергманном и Роем Фогелиусом Мэннинг сделал рентгенограмму известных окаменелостей археоптерикса в калифорнийской Национальной ускорительной лаборатории (SLAC).

 Полученные результаты позволили уточнить выводы предыдущего исследования оперения археоптерикса, выполненного в 2012 году в университете Брауна. Тогда палеонтологи обнаружили микроскопические "банки с краской", содержащие темный пигмент, в окаменелостях перьев, и на этот основании заявили, что археоптерикс "носил черное".

 "Это действительно была прекрасная работа, – признал Бергманн. – Но в ней исследовались лишь крошечные образцы перьев, а не все перья целиком". На этот раз рентгенограмма показала, что пигмент был размещен в пластине пера неравномерно – само оно было светлого цвета, а самый кончик пигментирован темным. Еще один темноокрашенный участок тянулся вдоль края пера.

Британский палеонтолог отметил, что сохранность исследованных химических соединений была удивительно хороша для веществ, пролежавших в земле 150 млн лет.

 Напомним, что Archaeopteryx жил на Земле в юрском периоде, около 120-150 млн лет назад. Большинство ученых согласны считать его промежуточной формой между современными птицами и хищными динозаврами-тероподами типа тираннозавра, пишет RedOrbit. Оперение этих животных, очевидно, играло важную роль в ухаживании, воспроизводстве и эволюции, поэтому его остатки могут содержать ключевую информацию об их диете, здоровье и окружающей среде.

Источник: PaleoNews

Многие десятилетия учёные полагали, что присутствие воды в глубинных породах делает последние менее вязкими и позволяет им течь. Это движение лежит в основе всех видов геофизических явлений — от толкотни литосферных плит до гигантской конвекции в мантии. Кроме того, оно участвует в круговороте углерода и других жизненно важных элементов в планетарном масштабе.

Конвекция в мантии, возможно, не так сильно зависит от наличия водной смазки. (Изображение Университета Лидса.)Однако эксперименты с кристаллами оливина (распространённый в мантии минерал) при высоких давлениях показали, что даже учебники ошибаются.

Многочисленные лабораторные работы продемонстрировали ослабляющее влияние воды на минералы. Но геохимик Хунчжань Фэй из Байройтского университета (ФРГ) и его коллеги указывают на то, что в большинстве этих исследований изучались кристаллы, перенасыщенные водой. Когда кристаллы сжимались, вода, находившаяся между крупинками, позволяла им скользить, вместо того чтобы деформироваться, как следовало бы ожидать в естественных условиях.

Поэтому группа г-на Фэя взялась за монокристаллы оливина, которые испытали температуры и давление, характерные для глубины 100–200 км. Работа не ставила задачей изучение того, как вода разупрочняет камни, всё внимание было нацелено на её воздействие на диффузию атомов кремния в кристаллах. Когда оливин сжимают, кремний движется медленнее всех, и по скорости его диффузии можно судить о том, насколько быстро течёт порода.

Оказалось, что «водный эффект» намного меньше ожидаемого: увеличение содержания воды в кристалле оливина в тысячу раз повысило диффузию кремния менее чем в 10 раз. «Я был очень удивлён», — признаётся г-н Фэй.

Исследователи полагают, что полученные результаты ставят под сомнение несколько важнейших геофизических представлений. Так, считается, что вода смягчает верхнюю часть мантии, позволяя двигаться литосферным плитам, но, возможно, дело не в ней. Кроме того, различия в количестве воды уже не объясняют, почему «горячие точки», то есть места выхода на поверхность мантийных плюмов, остаются неподвижными долгое время (к примеру, на Гавайях), несмотря на перемещение тектонических платформ.

Не все готовы принять новую точку зрения. Петролог Сумит Чакраборти из Рурского университета (ФРГ), который прислал г-ну Фэю некоторые материалы для экспериментов и ранее опубликовал статью о сильном влиянии воды на скорость диффузии кремния в оливине, увидел в этой работе ряд недочётов.

Во-первых, содержат богатые кремнием минералы воду или нет, не совсем ясно, действительно ли скорость диффузии кремния в них определяет скорость течения породы. Во-вторых, в отличие от многих типов оливина, кристаллы, использовавшиеся в исследовании, не содержали железа, а ведь минералы деформируются по-разному в зависимости от концентрации этого элемента. Поэтому, заключает г-н Чакраборти, претензии надуманны.

Со своей стороны, г-н Фэй намерен разобраться в том, как кремний диффундирует через границы крупинок минералов, — может быть, там он ведёт себя не так, как в одиночном кристалле.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Источник: КОМПУЛЕНТА

3. Способы передвижения бактерий и их раздражимость           

    Многие бактерии подвижны. Имеется несколько принципиально различных типов   движения бактерий. Наиболее распространено движение   при помощи жгутиков: одиночных бактерий и бактериальных ассоциаций (роение).   Частным случаем этого также является движение спирохет,   которые извиваются благодаря аксиальным   нитям, близким по строению к жгутикам, но расположенным   в периплазме. Другим типом движения является скольжение   бактерий, не имеющих жгутиков, по поверхности твёрдых сред. Его механизм   пока недостаточно изучен, предполагается участие в нём выделения слизи   (проталкивание клетки) и находящихся в клеточной стенке фибриллярных нитей,   вызывающих «бегущую волну» по поверхности клетки. Наконец, бактерии могут   всплывать и погружаться в жидкости, меняя свою плотность, наполняя газами или   опустошая аэросомы.

Бактерии активно передвигаются в направлении, определяемом теми или иными   раздражителями. Это явление получило название таксис.

4. Метаболизм           

  Конструктивный метаболизм           

Рис. 4.1. Pseudomonas fluorescensЗа исключением некоторых специфических моментов биохимические пути, по   которым осуществляется синтез белков, жиров, углеводов и нуклеотидов,   у бактерий схожи с таковыми у других организмов. Однако по числу возможных   вариантов этих путей и, соответственно, по степени зависимости от поступления   органических веществ извне они различаются. Часть из них может синтезировать все необходимые им органические молекулы из   неорганических соединений (автотрофы),   другие же требуют готовых органических соединений, которые они способны лишь   трансформировать (гетеротрофы).

Наибольшей степенью гетеротрофности отличаются внутриклеточные паразиты. Если   при этом они способны существовать на богатых искусственных средах, они   называются факультативными (факультативными иногда также называют паразитов,   способных проделывать весь свой жизненный цикл во внешней среде, без участия   хозяина). Некоторые облигатные (обязательные) внутриклеточные паразиты утратили   часть путей биосинтеза и получают многие органические вещества, вплоть до АТФ,   из клеток хозяина. Велика степень зависимости от хозяев также многих бактерий-эндосимбионтов.   Большинство бактерий принадлежит к сапрофитам:   они не питаются непосредственно веществами других организмов, но используют   синтезированные ими органические вещества после их смерти. Существует также ряд   бактерий, требующих наличия в среде небольшого круга определённых органических   веществ (аминокислот, витаминов),   которых они не могут синтезировать самостоятельно и, наконец, гетеротрофы,   которые нуждаются лишь в одном довольно низкомолекулярном источнике углерода (сахар, спирт, кислота). Некоторые из   них отличаются высокой специализацией (Bacillus fastidiosus может   использовать только мочевую   кислоту), другие в качестве единственного источника углерода и энергии могут   использовать сотни различных соединений (многие Pseudomonas (рис. 4.1)).

Удовлетворять потребности в азоте бактерии могут как за счёт его   органических соединений (подобно гетеротрофным эукариотам), так и за счёт   молекулярного азота (как и некоторые археи). Большинство бактерий используют для   синтеза аминокислот и других азотсодержащих органических веществ неорганические   соединения азота: аммиак (поступающий в   клетки в виде ионов аммония), нитриты и нитраты (которые предварительно   восстанавливаются до ионов аммония). Фосфор они способны   усваивать в виде фосфата, серу — в виде сульфата или реже сульфида.

Энергетический метаболизм          

Способы же получения энергии у бактерий отличаются своеобразием. Существует три вида получения энергии (и все три известны у бактерий): брожение, дыхание и фотосинтез.

Брожение —   серия окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых образуются   нестабильные молекулы, с которых остаток фосфорной кислоты переносится на АДФ с   образованием АТФ (субстратное   фосфорилирование). При этом возможно внутримолекулярное окисление и   восстановление.

Дыхание —   окисление восстановленных соединений с переносом электрона через локализованную   в мембране дыхательную   электронтранспортную цепь, создающую трансмембранный градиент протонов, при   использовании которого синтезируется АТФ (окислительное   фосфорилирование). В то время как эукариоты в конечном итоге почти всегда   "сбрасывают" электрон на кислород (лишь   в редких случаях акцептором электронов могут служить нитраты), бактерии могут   использовать вместо него окисленные органические и минеральные соединения (фумарат, углекислый   газ, сульфат-анион, нитрат- анион и др.; см. анаэробное   дыхание), а вместо окисляемого органического субстрата использовать   минеральный (водород, аммиак, сероводород и др.), что часто бывает сопряжено с автотрофной фиксацией CO₂.

Фотосинтез бактерий может быть двух типов — бескислородный,   с использованием бактериохлорофилла (зелёные, пурпурные и гелиобактерии)   и кислородный с использованием хлорофилла (цианобактерии (хлорофилл a), прохлорофиты (a и b)). Цианобактерии (рис.4.2), глаукоцистофитовые, красные и криптофитовые   водоросли — единственные фотосинтезирующие организмы, содержащие фикобилипротеины.   У архей встречается бесхлорофилльный фотосинтез с участием бактериородопсина (правда, энергия света используется при этом не для фиксации CO₂ , а   непосредственно для синтеза АТФ, так что в строгом смысле это не фотосинтез, а   фотофосфорилирование).

Рис. 4.2. ЦианобактерииБактерии, осуществляющие только бескислородный фотосинтез, не имеют фотосистемы   II. Во-первых, это пурпурные и зелёные нитчатые бактерий, у которых   функционирует только циклический путь переноса электронов, направленный на   создание трансмембранного протонного градиента, за счёт которого синтезируется   АТФ (фотофосфорилирование),   а также восстанавливается НАД(Ф) +, использующийся для ассимиляции   CO ₂ . Во-вторых, это зелёные серные и гелиобактерии, имеющие и   циклический, и нециклический транспорт электронов, что делает возможным прямое   восстановление НАД(Ф) +. В качестве донора электрона, заполняющего   «вакансию» в молекуле пигмента в   бескислородном фотосинтезе используются восстановленные соединения серы   (молекулярная, сероводород, сульфит) или молекулярный водород.

В октябре 2008 года в журнале Science появилось сообщение об обнаружении экосистемы, состоящей из   представителей одного единственного ранее неизвестного вида бактерии — Desulforudis   audaxviator, которые получают энергию для своей жизнедеятельности из   химических реакций с участием водорода, образующегося в результате распада   молекул воды под воздействием радиации залегающих вблизи нахождения колонии   бактерий урановых руд.

5. Размножение и устройство генетического аппарата бактерий

Размножение бактерий

Рис.5.1. Электронограммы ультратонких срезов делящихся бактерий: а — стафилококка, делящегося путем образования перегородки деления (указана стрелками), 32 000; б — кишечной палочки — в результате формирования перетяжки деления (указана стрелками); 1 — клеточная стенка, 2 — цитоплазматическая мембрана, 3 — нуклеоид; ´ 22 000. Некоторые бактерии не имеют полового   процесса и размножаются лишь равновеликим   бинарным поперечным делением (рис.5.1) или почкованием.   Для одной группы одноклеточных цианобактерий описано множественное   деление (ряд быстрых последовательных бинарных делений, приводящий к   образованию от 4 до 1024 новых клеток). Для обеспечения необходимой для эволюции   и приспособления к изменчивой окружающей среде пластичности генотипа у них   существуют иные механизмы.

При делении большинство грамположительных   бактерий и нитчатых цианобактерий синтезируют поперечную перегородку от   периферии к центру при участии мезосом. Грамотрицательные бактерии делятся путём   перетяжки: на месте деления обнаруживается постепенно увеличивающееся   искривление ЦПМ и клеточной стенки внутрь. При почковании на одном из полюсов   материнской клетки формируется и растёт почка, материнская клетка проявляет   признаки старения и обычно не может дать более 4 дочерних. Почкование имеется у разных групп   бактерий и, предположительно, возникало несколько раз в процессе эволюции.

Рис. 5.2. Половое размножение бактерийУ бактерий наблюдается и половое размножение (рис.5.2), но в самой примитивной форме.   Половое размножение бактерий отличается от полового размножения эукариот тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит   слияния клеток. Однако главнейшее событие полового размножения, а именно обмен   генетическим материалом, происходит и в этом случае. Этот процесс называется   генетической рекомбинацией. Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора   переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК   донора. При этом перенесённая ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе   замещения ДНК участвуют ферменты,   расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК. При этом образуется ДНК, которая   содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У   потомства или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков,   вызванное смещением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции   и является главным преимуществом полового размножения. Известны 3 способа   получения рекомбинантов. Это — в порядке их открытия — трансформация, конъюгация и трансдукция.

Генетический аппарат (рис. 5.3)           

Рис. 5.3. Генетический аппарат бактерииГены, необходимые для жизнедеятельности и определяющие видовую специфичность,   расположены у бактерий чаще всего в единственной ковалентно замкнутой молекуле   ДНК — хромосоме (иногда для обозначения бактериальных хромосом, чтобы   подчеркнуть их отличия от эукариотических, используют термин генофор (англ. genophore)). Область, где локализована хромосома, называется нуклеоид и   не окружена мембраной. В связи с этим новосинтезированная мРНК сразу доступна для связывания с   рибосомами, а транскрипция и трансляция сопряжены.

Отдельная клетка может содержать лишь 80 % от суммы генов, имеющихся во всех штаммах её вида   (т. н. «коллективный   геном»).

Помимо хромосомы, в клетках бактерий часто находятся плазмиды —   также замкнутые в кольцо ДНК, способные к независимой репликации.   Они могут быть настолько велики, что становятся неотличимы от хромосомы, но   содержат дополнительные гены, необходимые лишь в специфических условиях.   Специальные механизмы распределения обеспечивают сохранение плазмиды в дочерних   клетках так что они теряются с частотой менее 10^-7 в пересчёте на   клеточный цикл. Специфичность плазмид может быть весьма разнообразной: от одного   вида-хозяина до плазмиды RP4,   встречающейся почти у всех грамотрицательных бактерий. В них кодируются   механизмы устойчивости к антибиотикам,   разрушения специфических веществ и т. д., nif-гены,   необходимые для азотфиксации также находятся в плазмидах. Ген плазмиды может   включаться в хромосому с частотой около 10^-4 — 10^-7.

В ДНК бактерий, как и в ДНК других организмов, выделяются транспозоны —   мобильные сегменты, способные перемещаться из одной части хромосомы к другой,   или во внехромосомные ДНК (в том числе в другие клетки). В отличии от плазмид,   они неспособны к автономной репликации, и содержат IS-сегменты —   участки, которые кодируют свой перенос внутри клетки. IS-сегмент может выступать   в роли отдельной транспозоны.

Горизонтальный перенос генов          

    У прокариот может происходить частичное объединение геномов. При конъюгации клетка-донор в ходе непосредственного контакта передаёт клетке-реципиенту часть   своего генома (в некоторых случаях весь). Участки ДНК донора могут обмениваться   на гомологичные участки ДНК реципиента. Вероятность такого обмена значима только для бактерий   одного вида.

Аналогично бактериальная клетка может поглощать и свободно находящуюся в   среде ДНК, включая её в свой геном в случае высокой степени гомологии с   собственной ДНК. Данный процесс носит название трансформация.   В природных условиях протекает обмен генетической информацией при помощи   умеренных фагов (трансдукция).   Кроме этого, возможен перенос нехромосомных генов при помощи плазмид   определённого типа, кодирующих этот процесс, процесс обмена другими плазмидами и   передачи транспозон.

При горизонтальном переносе новых генов не образуется (как то имеет место при мутациях), однако   осуществляется создание разных генных сочетаний. Это важно по той причине, что естественный   отбор действует на всю совокупность признаков организма.

_______________________________________________________

6. Клеточная дифференциация          

Рис.6.1 Формирование эндоспоры спорообразующими бактериями: I - вегетативная клетка; II - инвагинация ЦПМ ; III - образование споровой перегородки (септы); IV - формирование двойной мембранной системы образующейся проспоры; V - сформированная проспора; VI - формирование кортекса; VII - формирование покровов споры; VIII - лизис материнской клетки; IX - свободная зрелая спора; X - прорастание споры Клеточная дифференциация — изменение набора белков (обычно также проявляющееся в изменении морфологии) при неизменном генотипе.            

Образование покоящихся форм

Образование особо устойчивых форм с замедленным метаболизмом, служащих для   сохранения в неблагоприятных условиях и распространения (реже для размножения)   является наиболее распространённым видом дифференциации у бактерий. Наиболее   устойчивыми из них являются эндоспоры (рис.6.1),   формируемые представителями Bacillus, Clostridium, Sporohalobacter, Anaerobacter (образует 7 эндоспор из одной клетки и может размножаться с их помощью) и Heliobacterium.   Образование этих структур начинается как обычное деление и на первых стадиях   может быть превращено в него некоторыми антибиотиками. Эндоспоры многих бактерий   способны выдерживать 10-минутное кипячение при 100 °C, высушивание в течение   1000 лет и, по некоторым данным, сохраняются в почвах и горных породах в   жизнеспособном состоянии миллионы лет.

Менее устойчивыми являются экзоспоры, цисты (Azotobacter, скользящие   бактерии и др.), акинеты (цианобактерии) и миксоспоры (миксобактерии).

Другие типы морфологически дифференцированных клеток          

    Актиномицеты и цианобактерии образуют дифференцированные клетки, служащие для   размножения (споры, а также гормогонии и баеоциты соответственно). Необходимо также отметить структуры, подобные бактероидам клубеньковых   бактерий и гетероцистам цианобактерий, служащие для защиты нитрогеназы от воздействия молекулярного кислорода.

 1, 2, 3

А.С.Антоненко

Собака была приручена человеком не 12-15, как считалось, а более   30 тысячелетий назад – такое сенсационное открытие сделали  генетики Института молекулярной и клеточной биологии Сибирского  отделения РАН, исследуя череп животного, обнаруженный на Алтае  ещё в середине 70-х годов прошлого века.

Древние люди с сабакамиЧереп, напоминающий собачий, был найден сотрудником  Новосибирского института археологии и этнографии Николаем  Оводовым в алтайской пещере Разбойничья в 1975 году. В то время  учёные ещё не умели определять возраст подобных находок. Лишь три  года назад был проведён радиоуглеродный анализ, который  установил, что данному фрагменту скелета около 33 тысяч лет.   Однако биологи ещё долго сомневались, что это не какой-нибудь   «неправильный» волк, а именно собака.

Но вот у генетика Анны Дружковой получилось добыть ДНК из этой  древней кости, и в давних спорах наконец-то была поставлена  точка. Кропотливая работа длилась полгода, при этом каждый новый  опыт уменьшал исходный образец. Анне даже пришлось на время  полностью прекратить общение с друзьями, имеющими собак, а также  избегать собак на улицах: эта осторожность была крайне  необходима, так как существовала опасность занесения современной  ДНК в полностью стерильный бокс. Но результат развеял все  сомнения. Близкими родственниками этого алтайского пса оказались  доколумбовые собаки – предполагают, что с Алтая их взяли с собой  первобытные люди, которые переходили из Азии в Америку.

Источник: Научная Россия