Чем обусловлены мелкие размеры клеток
Чем обусловлены мелкие размеры клеток
Для того чтобы ясно представить себе, какое значение имеет величина клетки с точки зрения химических аспектов ее жизнедеятельности, необходимо сначала познакомиться с размерами биомолекул и клеток. Как указано в табл. 2-1, в качестве единиц длины при определении размеров клеток и их компонентов в настоящее время используются нанометр (нм) и микрометр (мкм). Хотя старые единицы, такие, как ангстрем или микрон, применяются все реже, их также следует знать. Чтобы читатель имел приблизительное представление о величине клеток, в табл. 2-2 приведены размеры некоторых наиболее важных биологических структур и, в частности, небольших биомолекул (аланина и глюкозы), макромолекул (трех белков и липида), надмолекулярных систем (рибосом и вирусов), клеточных органелл (митохондрий и хлоропластов), бактерии и печеночной клетки.
Таблица 2-1. Международная система единиц
Таблица 2-2. Размеры некоторых биологических структур
С другой стороны, клетки, вероятно, не могут быть намного больше, чем они есть, просто потому, что в этом случае скорости метаболических процессов могли бы лимитироваться скоростью диффузии молекул питательных веществ внутри клетки, что ограничило бы возможности регуляции метаболизма.
Самая маленькая и большая клетка человека
В теле одного человека более 30 триллионов клеток. Существует много разных типов клеток, каждая из которых имеет определенную функцию. От того, какая функция для клетки выступает основной, будет во многом зависеть и ее размер. Некоторые типы клеток достаточно велики, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, но большинство гораздо меньше.
Какая клетка в организме человека самая маленькая
Существует множество типов клеток, которые, как известно, относительно малы, например, эритроциты. Но фактический размер во многом зависит от того, где она находится в своем жизненном цикле. Таким образом, отвечая на вопрос, какая клетка самая маленькая у человека, стоит также ориентироваться на измерение ячеек на идентичной фазе циклов. Однако, взяв средневзвешенные показатели, можно выявить список клеток, которые по размерам или объему самые маленькие в организме взрослого человека.
Топ-10 самых маленьких клеток в организме человека
Какие клетки у людей наименьшие, покажет рейтинг:
Гранулярная клетка мозжечка — лидер рейтинга
Если рассматривать с точки зрения размера, какая клетка будет самой маленькой, то лидером станут гранулярные клетки мозжечка. Они имеют длину от 4 до 4,5 микрометров. Гранулярные клетки мозжечка образуют толстый зернистый слой коры мозжечка и являются одними из самых маленьких нейронов в мозге. Этот термин используется для нескольких несвязанных типов мелких нейронов в различных частях мозга.
Гранулярные клетки мозжечка также являются наиболее многочисленными нейронами в мозге: у людей их общее количество в среднем составляет около 50 миллиардов, что означает что они составляют около 3/4 всех нейронов мозга.
Они получают все свои входные данные из мшистых волокон, при этом их соотношение находится в пропорции 200:1. Таким образом, информация в состоянии активности популяции гранулярных клеток такая же, как информация в мшистых волокнах, но перекодирована гораздо более массовым образом.
Поскольку структуры настолько малы и настолько плотно «упакованы» в своем хранилище, было очень трудно зафиксировать их пиковую активность, поэтому данных для формирования сколько-нибудь определенной теории относительно их функций немного. Наиболее популярная концепция их назначения была предложена Дэвидом Марром, который предположил, что они могут кодировать комбинации мшистых волокон. Идея состоит в том, что гранулярная клетка, находящаяся во взаимодействии с 4-5 мшистыми волокнами, не будет отвечать, если активен только один из ее входов, но будет реагировать, если активны более одного. Эта схема «комбинаторного кодирования» потенциально позволила бы мозжечку проводить более тонкие различия между входными паттернами, чем при использовании одних лишь мшистых волокон.
Сперматозоид — на первом месте по объему
Самая маленькая клетка в организме человека встречается только у половины населения. Это сперматозоид, который есть лишь у мужчин. По мнению многих ученых, он получает такой статус, если рассматривать его с точки зрения объема. Головка сперматозоидов имеет длину 5,1 мкм и ширину 3,1 мкм, а хвост — 50 мкм. По иронии судьбы, сперматозоид — самая маленькая, а яйцеклетка — самая большая клетка человеческого тела.
Среднестатистический мужчина производит:
Также требуется около двух с половиной месяцев для роста и созревания сперматозоидов в яичках. Известно, что сперматозоиды выживают всего несколько минут вне тела мужчины, но могут жить до 5 дней в теле женщины. При правильном хранении и замораживании сперматозоиды могут жить несколько лет.
Эритроциты — распространенные и небольшие
Также на звание одних из самых маленьких клеток организма человека претендуют эритроциты размером около 5 микрометров. Эритроциты в крови человека выступают самыми распространенными компонентами и главными по доставке кислорода к телу тканей через кровеносную систему.
У человека зрелые эритроциты представляют собой гибкие и овальные двояковогнутые диски. Ежесекундно в теле взрослого человека производится около 2,4 миллиона новых эритроцитов. Они образуются в костном мозге и находятся в теле порядка 100-120 дней, прежде чем их компоненты перерабатываются макрофагами. Интересно, что эритроциты составляют приблизительно одну четвертую часть всех клеток в организме человека, а также занимают почти половину объема крови: от 40% до 45%.
Клетка эпителия — важно, какая функция
Эпителий является одним из четырех основных типов животных тканей, наряду с соединительной, мышечной и нервной. Эпителиальные ткани выравнивают внешние поверхности органов и кровеносных сосудов по всему телу, а также внутренние поверхности полостей во многих органах.
Примером является эпидермис — самый внешний слой кожи. Размеры эпителиальных клеток могут варьироваться в пределах 1-5 мкм, в зависимости от того, какая функция им свойственна.
Лимфоциты — какой размер, зависит от активности
Одними из самых маленьких клеток в организме человека являются лимфоциты. Их размер составляет около 7,5-8 микрометров. Лимфоциты, особенно неактивированные Т- или В-клетки (наивные или запоминающие), представляют собой очень маленькие структуры, примерно такого же размера, каким предстает перед нами эритроцит (7 мкм), хотя и более круглые. Неактивированные лимфоциты имеют очень плотно упакованное ядро с минимальной цитоплазмой, что делает их одной из самых маленьких клеток в организме человека.
Во многих работах лимфоциты часто изображаются как милые маленькие сферические формы с темным, также сферическим ядром и минимальным количеством цитоплазмы. Однако, когда они активируются, они начнут делиться и дифференцироваться в эффекторные клетки, которые намного больше по размеру.
Тромбоциты — важный компонент крови
Тромбоциты выступают важнейшими составляющими крови. Их основной функцией являются регулирование свертываемости крови и реакция на возникновение кровотечения из-за повреждения кровеносных сосудов путем загустевания. Тромбоциты не имеют клеточного ядра: они являются фрагментами цитоплазмы. То есть, в свою очередь, являются производными от мегакариоцитов тканей мозга, которые на следующей стадии поступают в обращение.
Циркулирующие неактивированные тромбоциты — это двояковыпуклые линзовидные структуры дискоидного типа и небольшого размера: примерно 2-3 мкм в диаметре. Активированные тромбоциты имеют выступы клеточной мембраны, покрывающие их поверхность. Тромбоциты обнаруживаются только у млекопитающих, тогда как у других животных, например, птиц и амфибий, тромбоциты циркулируют, как интактные мононуклеарные клетки.
Тромбоциты играют центральную роль во врожденном иммунитете, участвуя в борьбе со множеством воспалительных процессов, непосредственно связывая патогены и даже уничтожая их. Это подтверждает клинические данные, которые показывают, что многие люди с серьезными бактериальными или вирусными инфекциями имеют тромбоцитопению.
Бактериальные клетки — полезные гости
Микрофлора человека представляет собой совокупность микроорганизмов, которые находятся на поверхности или в составе какой-либо из тканей, в том числе:
Один из самых распространенных микроорганизмов — бактерии: только в кишечнике их насчитывается порядка 2 кг и от 500 до 1000 видов, поэтому их можно смело причислить к организмам, играющим непосредственную роль в жизнедеятельности человека. Бактериальные клетки составляют примерно одну десятую размера эукариотов и обычно имеют длину 0,5-5 микрометров.
Вирусы — включаются в общую систему
Строго говоря, вирусы нельзя назвать клетками и нельзя причислить к непосредственным составляющим организма. Однако, как и бактерии, они играют важную роль в жизни человека и здоровье организма, а также могут включаться в систему настолько глубоко, что приводят к смерти или наносят непоправимый вред здоровью.
Вирусы демонстрируют большое разнообразие морфологий, форм и размеров. Говоря в общем, вирусы намного меньше по размеру, чем бактерии. Большинство исследованных вирусов имеет диаметр от 20 до 300 нанометров. Некоторые филовирусы имеют общую длину до 1400 нм, а их диаметры составляют всего около 80 нм.
Нейроны — важнейший компонент нервной системы
Все многоклеточные организмы, кроме губок и трихоплакса, имеют нейроны, являющиеся главным составным веществом тканей нервов. Генерирование нейронов по большей части останавливается при наступлении зрелого возраста в подавляющей части областей мозга. Однако последние исследования подтверждают образование значительного количества вновь образованных нейронов в гиппокампе. Размер тела нейрона может различаться в зависимости от того, какая функция превалирует: от 5 мкм — у малых зернистых, до 120-150 мкм — у больших пирамидных.
Объем нейронов в мозговых тканях серьезно отличается у разных видов живых существ. У человека, по разным оценкам, порядка 10-20 миллиардов нейронов в структурах тканей коры мозга и 55-70 миллиардов в области мозжечка. А вот у червя под названием Caenorhabditis elegans насчитывается лишь 302 нейрона, что делает его идеальным образцом организма, поскольку ученые смогли картировать и изучить все его нейроны.
Какая клетка в организме человека самая большая
Когда мы знаем, какая клетка наименьшая, встает вопрос о том, какая же из них самая большая. Самый маленький объект, который человек может увидеть невооруженным глазом, составляет около 0,1 мм, поэтому, например, сперматозоиды без микроскопа заметить не удастся. А вот яйцеклетка примерно в 30 раз больше — достаточно большая, чтобы ее можно было увидеть без микроскопа.
Она имеет сферическую форму и диаметр около 0,1 миллиметра. В отличие от других в теле, их действительно можно увидеть даже без микроскопа. Какая яйцеклетка по размеру и на что похожа? Все просто: они размером с песчинку. Каждая яйцеклетка имеет центральное ядро, которое содержит генетический материал женщины. Центральное ядро окружено клеточной плазмой, которая содержит питательные элементы, необходимые для развития яйцеклетки.
Яйцеклетки образуются в яичниках и присутствуют с самого рождения девочки в виде «незрелых яиц». По достижении половой зрелости организм женщины выпускает готовые к нормальному функционированию клетки каждый месяц во время овуляции для возможного оплодотворения.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Особенности формы и размеров клетки: общая информация о клеточной форме, разнообразие форм, специфика размеров
Особенности формы и размеров клетки
Общая информация о клеточной форме и строении
В человеческом организме находятся клетки, различающиеся по своей специализации. Всего таких специализаций клеток насчитывается примерно 200. Но вне зависимости от типа, все клетки выполняют одну и ту же функцию: поддержание собственной работоспособности для обеспечения жизнедеятельности организма.
Клетки по своей форме разнообразны. Они могут быть настолько мелкими, что для того, чтобы их увидеть, понадобиться микроскоп.
В 17 веке человек впервые смог рассмотреть клетку в обычный световой микроскоп. И сделал это английский натуралист Р. Гук. Современные электронные микроскопы позволяют увидеть не только размеры и формы клеток, но и внутреннюю их структуру.
Разнообразие форм клеток
Какой формы бывают клетки и от чего это зависит?
Форма, а также размер и продолжительность каждой клетки определяются ее функциональными свойствами.
Для нервных клеток характерны аксоны — они передают нервные сигналы. Благодаря гибкой мембране происходит уплощение лейкоцитов, когда они проходят через тонкие поры в капиллярах. Сперматозоиды с хвостом могут беспрепятственно передвигаться по гениталиям. В зависимости от силы сокращений, мышечные клетки способны изменять длину.
Функции клеток определяют их форму и размеры. Вот только некоторые формы клеток:
К примеру, эритроциты (кровяные клетки) имеют форму вогнутого с обеих сторон диска. У нейронов (нервных клеток) есть один длинный отросток и несколько коротких. Жировые клетки имеют округлую форму, а мышечные — форму волокон.
Клетки бывают паренхимными и прозенхимными — исходя из формы.
Паренхимные клетки отличаются одинаковыми размерами во всех направлениях в пространстве. Примечательно, что их длина не превышает толщину больше, чем в три раза. Размеры паренхимных клеток варьируются в пределах 10-500 мкм и больше.
Прозенхимные клетки являются удлиненными. Их длина всегда больше толщины: в три раза. В большинстве случаев у этих клеток наблюдаются заостренные концы и толстые, чаще всего одревеснелые оболочки. Такие клетки обычно служат основой для проводящих и механических тканей растений. Длина таких клеток — от 1 до 100 мкм.
Выделяют 2 типа клеток:
Клетки эукариот имеют подтипы: клетки простейших и многоклеточных.
Важно, что клетки тканей растений и животных имеют отличия: в форме, размерах, функциях и особенностях организации.
Форма клетки определяет функции, которые она выполняет:
Все растительные и животные организмы имеют клеточное происхождение и строение.
Клетка — элементарная биологическая система. По этой причине она выступает главной структурно-функциональной единицей живых организмов. Исключение — вирусы как неклеточные формы жизни.
Основные признаки жизни находят проявление на клеточном уровне. Это и обмен веществ и энергии, и способность размножаться, и сохранение и передача наследственной информации потомкам, и др.
Некоторые клетки существуют в виде самостоятельных элементарных биологических систем. Речь идет об одноклеточных организмах — простейших, к которым относятся жгутиковые, инфузории, споровики. Простейшие в основном обитают в водоемах и участвуют в процессе их самоочищения. Кроме того, они являются кормовой базой рыб.
Остальные клетки составляют многоклеточные организмы. В этих организмах они обеспечивают взаимодействие между клетками, тканями и органами при участии регуляторных механизмов (например, нейрогуморальной регуляции).
Клеточные формы жизни делятся с учетом составляющих их клеток на два подцарства:
Организация клеток живых организмов основывается на единых структурных принципах, несмотря на многообразие форм. Микроскопические исследования показывают, что основные структурные элементы клетки — ядро, цитоплазма и клеточная оболочка.
Специфика размеров клеток
Клетка — это универсальная структурная и функциональная единица живых организмов.
Клетке свойственны все признаки живого, она способна к саморегуляции, самовоспроизведению и развитию.
Термин «клетка» появился в 1665 году благодаря английскому ученому Р. Гуку.
В организме некоторых водорослей насчитывается всего одна клетка, в то время как гигантские секвойи состоят из миллиарда клеток.
По возрасту растения можно определить, живые у него клетки или мертвые. Размер клеток растения очень маленький. Но, к примеру, клетки запасной паренхимы отдельных растений видны без каких-либо дополнительных устройств.
Клетки — строительный материал органов живых организмов. Получается, что у них клеточное строение, поэтому каждая клетка — очень маленькая, но часть организма.
Клетки находятся рядом одна с другой: их соединяет особенное межклеточное вещество, содержащееся между оболочек соседних клеток. Клетки разъединяются, когда разрушается междуклеточное вещество.
Довольно частое явление — закругление живых клеток всех органов во время роста. В ходе такого закругления в некоторых местах их оболочки отходят друг от друга. Соответственно, в этих местах происходит разрушение межклеточного вещества. В результате образуются междуклеточники, в которых находится воздух. Соединение сети междуклеточников с окружающим растение воздухом осуществляется с помощью особенных междуклеточников, расположенных на поверхности органов.
Организм здорового человека содержит примерно 200 видов клеток: они различаются по размерам, форме, функциям и особенностям организации.
Размер и масса клеток, как можно догадаться, тоже различается.
Размеры клеток находятся в промежутке между 0,1 — 0,25 мкм (такой размер встречается у отдельных бактерий) и 155 мм (это размер страусиного яйца в скорлупе). Что касается диаметра эукариотических клеток, то он составляет 10-100 мкм.
Клетки человеческого организма имеют размеры от 3-4 мкм (отдельные клетки лейкоцитов) до 150 см (это нервная клетка вместе с отростками).
Наиболее частый размер клеток — от 10 до 100 мкм. Реже встречаются клетки размером 1-10 мкм — такие наблюдаются у арбузной мякоти, цитрусовых, железистых клеток отдельных моллюсков. Совсем редкий размер клеток — 10-20 см: такие размеры свойственны гигантским яйцеклеткам птиц (пингвинам, страусам, гусям и др).
Чем обусловлены мелкие размеры клеток? Почему каждый орган нашего тела не состоит из одной клетки
1. Є досить багато підвидів цих кмітливих хижаків і у всіх відрізняється специфічне виття, яке використовують для спілкування один з одним.
2. Діапазон та різноманітність частот голосових засобів вовків значно перевищує можливості більшої частини тварин. Вовки вміють вити, бурчати, завивати, гарчати, скавчати та гавкати і кожен їх звук має безліч варіацій та певне значення.
3. Вовки які пішли або були вигнані зі зграї зазвичай стають одинаками та дуже рідко виють.
4. За різними підрахунками в Україні понад дві тисячі диких вовків, які зазвичай живуть та полюють зграями.
5. Вовки дуже прискіпливі до вибору партнера і переважно пару вибирають на все життя.
6. Зазвичай вовки полюють на території близько півтора кілометра квадратних та не відходять далеко від свого лігва, але вони можуть і подорожувати на сотні кілометрів кожного року за стадами мігруючих тварин.
7. Всі щенята вовків народжуються сліпими та глухим і повністю залежать від своїх батьків. При народженні їх очі мають блакитний відтінок, який приблизно лише через вісім місяців стає жовтим.
8. Очі вовків добре пристосовані до полювання в темряві. Рогівка ока має специфічний шар який добре відбиває світло, саме тому в давнину люди страшенно боялись вовків та присвоювали їм містичну силу, оскільки їх очі таємничо відблискували світло смолоскипів та ліхтарів.
9. У вовків в сорок разів більше рецепторів нюху ніж у людини, що дає їм можливість відчути запах здобичі на відстані понад півтора кілометра
10. У вовків добре розвинена мускулатура, а тиск щелеп у двічі вищий ніж у найбільших собак та може сягати трьохсот кілограмів на сантиметр квадратний, що робить їх відмінними мисливцями.
Маленький, да удаленький: самые маленькие клетки
Маленький, да удаленький: самые маленькие клетки
Наноархея Nanoarchaeum equitans достигает 350–500 нм в диаметре и паразитирует на другой архее — Ignicoccus hospitalis, имеющей «нормальные» размеры. Слева — электронные микрофотографии клетки I. hospitalis в окружении клеток N. equitans (сканирующая и просвечивающая электронные микроскопии). Справа — снимок с конфокального микроскопа, клетки N. equitans окрашены красным, I. hospitalis — зеленым.
Автор
Редактор
Стоило микробиологам смириться с тем, что некоторые вирусы, например, мимивирусы, по размерам превосходят многих бактерий, как выяснилось, что существует огромное количество бактерий и архей, которые столь малы, что могут проходить через фильтры с порами диаметром менее 0,45 мкм (450 нм), считавшиеся ранее непроницаемыми для клеток. Где же обитают эти загадочные пигмеи микробного мира, и каковы особенности их физиологии?
Хотя существование очень маленьких микробов было установлено еще в 1952 году, фильтрация через мембрану с порами диаметром 450 нм долгое время оставалась стандартным методом очистки водных образцов от клеток. Пропущенная через такой фильтр вода считалась пригодной для длительного хранения, а пропущенная через фильтр с порами диаметром 220 нм — стерильной. Однако впоследствии исследователи, следившие за концентрацией радиоактивно-меченной глюкозы, аминокислот и фосфатов в такой воде, показали, что эти вещества метаболизируются какими-то очень маленькими клетками, которые проникли сквозь фильтры. Такие маленькие микроорганизмы назвали ультрамикробактериями, или нанобактериями, (если они относятся к домену бактерий) и наноархеями (если они относятся к археям). Как показали многочисленные исследования, эти мельчайшие живые организмы во многом отличаются от клеток «обычных» микробов [1].
Кто же они, эти мельчайшие микроорганизмы?
Действительно ли эти крохотные клетки представляют собой самостоятельные виды? Может, это особые стадии жизненных циклов микробов «нормальных» размеров?
Пока что известно, что клетки некоторых бактерий при определенных условиях действительно сильно мельчают. Речь идет об условиях недостатка питательных веществ. Дело в том, что при уменьшении размера клетки отношение площади ее поверхности к объему увеличивается, поэтому она эффективнее удовлетворяет свои потребности в питательных веществах, впитываемых из окружающей среды. По этой причине многие микроорганизмы мельчают, когда жизнь становится тяжелой. Например, клетки Staphylococcus aureus при недостатке питательных веществ уменьшаются почти на 40%, а бактерии Pseudomonas syringae могут становиться вполовину меньше при неблагоприятных условиях.
В то же время некоторые микробы, имеющие весьма скромные размеры в природе, разрастаются на благодатных лабораторных средах. Например, пелагическая (то есть обитающая в толще океана) бактерия Sphignomonas alaskensis в естественной среде обитания достигает 0,2–0,5 мкм в диаметре и 0,5–3 мкм в длину, а в лаборатории ее клетки увеличиваются до 0,8 мкм в диаметре и 2–3 мкм в длину.
Интересно, что некоторые микроорганизмы, хотя и превышают 220 или 450 нм в диаметре, каким-то образом ухитряются протискиваться через поры фильтра. Как правило, это микробы, лишенные плотной клеточной стенки.
Наконец следует признать, что действительно существуют виды бактерий и архей, размеры клеток которых в любых условиях не превышают 50–400 нм в диаметре (около 0,1 мкм 3 в объеме), и именно этих микробов мы рассмотрим подробно.
Особенности физиологии и образа жизни клеток-пигмеев
Многие наномикробы ведут симбиотический образ жизни, а иногда даже паразитируют на других микроорганизмах. Так как часть необходимых для жизни соединений они получают от симбионта или хозяина, многие гены нанобактерий, отвечающие за различные метаболические процессы, становятся ненужными и утрачиваются. Так, в 2002 году был описан случай паразитирования одного вида архей, Nanoarchaeum equitans, на археях другого вида — Ignicoccus hospitalis [2]. Геном N. equitans содержит всего лишь полмиллиона пар оснований, и эта архея не может существовать без своего хозяина, а вот клеткам I. hospitalis, похоже, нахлебник и не причиняет вреда, и не приносит пользы (рис. 1).
Рисунок 1. Наноархея Nanoarchaeum equitans (маленькие шарики) паразитирует на архее Ignicoccus hospitalis (большие шары). Фотографии получены с помощью сканирующего электронного микроскопа. На некоторых изображениях видны мембранные контакты клеток.
Более сложные паразитические отношения сложились у бактерии Actinomyces odontolyticus subsp. actinosynbacter XN00, обитающей в полости рта человека, с маленькой бактерией, обозначаемой TM7x (ее относят к предполагаемому отделу Saccharibacteria). Клетки TM7x имеют сферическую форму 200–300 нм в диаметре, а геном этой бактерии включает всего лишь 0,705 миллиона пар оснований. В нормальных условиях TM7x просто прикрепляется к клеткам A. odontolyticus subsp. actinosynbacter XN00 и получает от них некую долю аминокислот, которые сама не может синтезировать. Однако в условиях голодания TM7x становится паразитом, буквально высасывает все соки из своего хозяина и убивает его. Но оказалось, что TM7x в нормальных условиях приносит своему хозяину и пользу, подавляя активность атакующих его макрофагов ротовой полости [3].
Свободноживущие наномикроорганизмы удалось найти в самых разных местообитаниях. Многие из них были обнаружены с помощью метагеномики, то есть секвенирования всех молекул ДНК, содержащихся в образце из окружающей среды. Многие из собранных таким образом геномов имеют крайне малые размеры, что свидетельствует об их вероятной принадлежности очень маленьким микроорганизмам. Изучение микробов в их естественной среде обитания, без культивирования, также возможно с помощью проточной цитометрии [4] и флуоресцентной гибридизации in situ (FISH). С помощью FISH можно флуоресцентно метить организмы с определенными последовательностями рРНК и, следовательно, относящиеся к одной таксономической группе, а затем отделять флуоресцирующие клетки с помощью цитометра. Такой подход позволил, например, описать кладу ультрамикробактерий, обозначаемую как LD12, которая обитает в пресной воде.
Рисунок 2. Клетка археи группы ARMAN
Некоторых наномикробов даже удалось вырастить в культуре. Бактерию Ca. Pelagibacter ubique удалось вырастить на нестандартной среде, состоящей из метионина, глицина, пирувата и искусственной морской воды (рис. 3) [1]. Выяснилось, что в условиях недостатка глицина эта бактерия может потреблять гликолат, который превращает в глицин, а глицин, в свою очередь, использует для биосинтеза серина. Вероятно, способность превращать гликолат в глицин возникла в ходе эволюции в ответ на избыток гликолата, который появляется в фикопланктоне в условиях углеродного голодания.
Рисунок 3. Клетка Ca. Pelagibacter ubique под электронным микроскопом
Некоторые ультрамикробактерии освоили бедные кислородом пелагические воды. Так, с помощью проточной цитометрии выделили группу бактерий SUP05, способных метаболизировать серу и, по-видимому, играющих важную роль в круговороте углерода, серы и азота.
Наномикробы приспособились даже к условиям торфяных болот, где, хотя и нет недостатка в органическом углероде, очень мало минеральных веществ. Например, в сфагновом болоте на севере России удалось выделить множество видов нанобактерий и наноархей из самых разных систематических групп.
Мельчайшие микроорганизмы сумели освоить даже льды Гренландии, размножаясь при отрицательных температурах и крайне низких концентрациях питательных веществ. Живые клетки были обнаружены даже в образце гренландского льда возрастом 120 тысяч лет! Примечательно, что, помимо бактерий и архей, в образцах льда найдены даже споры грибов.
В 2015 году представители трех предполагаемых отделов бактерий (WWE3, OD11 и OP1) были найдены в окрестностях реки Колорадо — в подземных водах, расположенных на глубине нескольких метров от поверхности [6]. С помощью криоэлектронной микроскопии у них удалось идентифицировать пили, клеточные стенки и даже пронаблюдать клеточное деление и заражение вирусами. Последующий метагеномный анализ показал, что у этих бактерий имеется фермент Рубиско (рибулозобисфосфаткарбоксилаза), с помощью которого растения фиксируют углекислый газ и в цикле Кальвина включают его в углеводы. Однако у формы Рубиско, найденной у ультрамикробактерий, фиксация углекислого газа сопряжена с непосредственным образованием АТФ из АМФ [7].
Заключение
Несмотря на очень малые размеры, нанобактерии и наноархеи освоили самые разнообразные, зачастую даже экстремальные местообитания. У них обнаруживаются уникальные метаболические пути, они способны к сложным взаимодействиям с другими организмами — чего стоит одна крошечная бактерия TM7x, которая научилась даже усмирять макрофагов в ротовой полости человека! Бурное описание сотен и тысяч новых видов микроорганизмов, ставшее возможным благодаря распространению метагеномики, несомненно, приведет к открытию еще более удивительных свойств самых маленьких живых клеток на Земле.