Гигантская бактерия эволюционировала не так, как предсказывали фундаментальные модели биологии. Проще говоря, этих бактерий не должно существовать.
Ключевые выводы
- Из-за физических ограничений бактериальные клетки очень маленькие.
- Однако недавно открытый вид бактерий настолько велик, что его можно увидеть невооруженным глазом. Он также содержит ядро, содержащее ДНК, структуру, которая, как считается, не существует у бактерий.
- Согласно основополагающим биологическим теориям, эти бактерии просто не должны существовать.
В 1977 году Королевство Монера рухнуло. Это было молодое королевство, ему всего около 50 лет. Состоящее из бактерий и подобных им микробов, оно также было самым густонаселенным царством из когда-либо существовавших. Ученые часто приписывают падение Карлу Вёзе, американскому микробиологу и биофизику, который с помощью генетического анализа обнаружил, что границы королевства Монера были проведены неправильно.
Помимо разрушения королевства, открытие Вёза изменило Древо Жизни, «генеалогическое древо» всех видов на Земле. Следовательно, прежнее царство и его граждане были разделены на два домена - Бактерии и Археи. И теперь новое открытие, потрясшее область микробиологии, может намекнуть на то, что мы находимся на пороге новой рушащейся империи. На этот раз это связано с видом необычно больших бактерий под названием «Великолепная серная Маргарита».”
Thiomargarita magnifica: бактерия, которой не должно существовать
Технически этот вид крупных бактерий называется Thiomargarita magnifica (что также можно перевести как «Большая серная жемчужина», но Маргарита круче). Однако пару лет назад у него не было названия. Лишь горстка ученых знала о его существовании, и они понятия не имели, что это бактерия.
Оливье Гро, морской биолог из Университета Французских Антильских островов, заметил белые нити сантиметровой длины, прикрепленные к подводным листьям мангровых зарослей. В то время он подозревал, что это грибы, но не распознал вид. Только около семи процентов грибов были охарактеризованы, поэтому Грос взял образец и отнес его в свою лабораторию. Аспирант Гро, Жан-Мари Фолланд, начал анализ необычного организма. И все стало странно.
Согласно исследованию, которое все еще находится в препринте и нуждается в подтверждении рецензированием, ранние эксперименты предполагали, что организм был обитателем домена бактерий, но он был в 50 раз больше, чем самая большая бактерия. из когда-либо обнаруженных - достаточно большой, чтобы увидеть его без микроскопа. Предполагается, что это невозможно - по крайней мере, так может показаться на основании гипотезы ограничения диффузии, которая утверждает, что размер бактерий ограничен из-за скорости диффузии питательных веществ.
Бактерия растет в виде сантиметровых белых нитей, в 50 раз больше, чем самая большая из когда-либо обнаруженных бактерий.
Биофизика бактерий
Говоря по-английски, гипотеза ограничения диффузии, по сути, гласит: «Если клетка хочет переместить что-то на большое расстояние, она должна выполнить некоторую работу». Сколько работы нужно сделать? Это зависит от размера ячейки.
Представьте себе каплю черной краски на край рюмки, наполненной водой. В течение нескольких секунд краска распространилась к центру стекла. Это пассивная диффузия. Он отлично работает с маленькими клетками, такими как бактерии. А теперь представьте, что капнули черной краской на край бассейна олимпийских размеров. Краситель займет слишком много времени, чтобы добраться до центра, и он будет слишком разбавленным, если только пловец не зачерпнет краску чашкой и не подплывет к центру бассейна. Это активная диффузия. Требуется работа, которая требует энергии.
Но бактерии ленивы, поэтому полагаются только на пассивную диффузию. Они поглощают питательные вещества через свои мембраны, а затем подчиняются законам физики. Как и в бассейне, если бактерия становится слишком большой, питательные вещества не могут эффективно распространяться по клетке. Более крупные и сложные клетки, известные как эукариотические клетки, такие как клетки человека, преодолевают это физическое ограничение, используя сложные транспортные системы, которые доставляют питательные вещества туда, где они необходимы. Эти системы не существуют у бактерий.
Как большие бактерии нарушают правила
Огромный микроб нашел способ обойти гипотезу ограничения диффузии: он содержит заполненный жидкостью мешок, который прижимает внутриклеточное содержимое к внешней клеточной стенке.(Возвращаясь к предыдущей аналогии, это было бы похоже на помещение гигантского воздушного шара в бассейн, нагнетающего всю воду к краям.) Это означает, что питательные вещества не должны диффундировать очень далеко, поскольку они ограничены краями бассейна. бактерия.
Внутри массивного микроба находится заполненный жидкостью мешок, который выдавливает внутриклеточное содержимое на внешнюю клеточную стенку.
Большие бактерии нарушают еще одно важное правило: у них есть нечто, напоминающее ядро, специальный ДНК-содержащий компартмент, определяющий структуру эукариотических клеток. Ядро - это то, что, согласно эндосимбиотической теории, отделяет более простые прокариотические клетки (домены бактерий и архей) от более сложных эукариотических клеток. Каким-то образом эти большие бактерии сделали очень странный эволюционный поворот, который не может быть предсказан ни одной существующей теорией. Другими словами, этих больших бактерий не должно существовать.
Древо Жизни неправильно?
Так называемое «Древо жизни», отражающее наше понимание эволюционных взаимоотношений, восходящее к самому началу, то есть к происхождению жизни, является основополагающим принципом, изучаемым в учебниках по биологии во всем мире. мир. Это неправильно?
Возможно, нет, но наличие крупных бактерий убедительно свидетельствует о том, что наше понимание эволюции биологической сложности является прискорбно неполным. Они занимают свое место рядом с гигантскими вирусами, некоторые из которых крупнее бактерий. Вместе эти аномальные микробы намекают на то, что тайна остается глубоко в сердце эволюционной биологии.