<<
>>

Бактерии — первые электрики Земли. Они изобрели электромотор с подшипником, передачу электроэнергии по проводам и электрические аккумуляторы

  Животные клетки содержат митохондрии. Клетки бактерий — сами себе электростанции. Они тоже способны синтезировать АТФ за счет пищи или света, за счет создания МП на своей мембране, выбрасывая Н+ в наружную среду.
Но оказалось, что бактерии используют этот МП не только для синтеза АТФ.
В 1974 г. американский микробиолог Адлер изучал мутантную линию бактерий кишечной палочки. Эти мутанта «дышали», но не синтезировали АТФ. Под действием кислорода эти бактерии начинали плыть. Этот результат представлялся совершенно удивительным, так как общепринятыми были представления, что для движения, будь то сокращение мышц или движение жгутика, требуется энергия АТФ. Опыты Адлера показали, что энергия окисления пищи может быть преобразована в движение без участия АТФ. Кроме того, Адлер показал, что движение бактерий может быть остановлено, если в среду добавить разобщители. Эти результата были объяснены В. П. Ску- лачевым, который предположил, что бактерии используют свой МП прямо для движения жгутика.
Здесь следует сказать, что жгутик бактерий — это совсем особое устройство, отличающееся от жгутика инфузории. У бактерии есть две мембраны: одна—наружна к прочная оболочка, а вторая — такая же, как у животных клеток. Жгутик состоит из особого белка — флагеллина. Он прикрепляется к особой оси, которая торчит, проткнув наружную жесткую мембрану (рис. 70, а). На этой

Рис. 70. Работа бактериального «электромотора» и передача энергии на расстояние у цианобактерий: а — схематическое изображение «электромотора», вращающего жгутик бактерии; б — передача электроэнергии вдоль колонки клеток цианобактерии. При освещении «головы» колонки возникает мембранный потенциал за счет работы мембранной помпы; через межклеточные контакты ток перетекает в другие клетки и вызывает в них работу «электромоторов», ток, текущий при этом в наружной среде, удается зарегистрировать


оси находятся несколько дисков, играющих роль подшипников. Самый внутренний диск погружен во внутреннюю мембрану бактерии. Жгутик инфузории работает,, как весло, ударяя по воде. Жгутик бактерии вращается, как корабельный винт. Это было показано так. Было отломано много жгутиков бактерий; флагеллин ввели кроликам, у которых возникла иммунная реакция. У них в крови появились антитела, способные склеивать флагеллин. Антитела прикрепили к стеклу специального сосуда. Бактерии, помещенные в этот сосуд, приклеивались жгутиком к стеклу. В этом и состояла идея опыта.

А все остальное — рецепт приготовления «клея» для ловли бактерии за хвост. Теперь жгутик приклеен к стеклу и можно видеть, что начинает вращаться сама бактерия. Часто говорят, что природа изобрела многое, но не изобрела колесо. Теперь вы видите, что как раз колесо- то и было изобретено еще на заре жизни.
Но если действительно движение бактерии зависит прямо от мембранного потенциала, то бактерии изобрели не только колесо, но и электромотор! Такую идею стоило проверить. В лаборатории В. П. Скулачева на другом виде бактерий — на пурпурной бактерии А. Н. Глаголевым было показано, что скорость движения бактерий действительно зависит, как и предполагал Скулачев, не от содержания АТФ в клетке, а от ее МП.
В лаборатории был поставлен такой эффектный опыт. Бактерии были отравлены ядами, устраняющими потенциал, зависящий от понов Н+. А затем в среду был добавлен еще один яд — валпномицин, который повышает проницаемость мембраны бактерий для ионов калия. Калий начинал выходить наружу, возникал МП. И дважды отравленные бактерии оживали и начинали плыть!
Интересно, что электромотор бактерий обладает реверсом: если жгутик вращается по часовой стрелке, то бактерия плывет жгутиком вперед, а если против часовой стрелки, то жгутиком назад.
Придумано несколько конкретных моделей, которые объясняют, как электроэнергия преобразуется в механическое вращение жгутика. Показано, что МП, при котором работает мотор, порядка 200 мВ, что мощность мотора примерно КГ17 Вт, что через жгутик входит внутрь бактерии примерно 1000 протонов в секунду. Изменение направления вращения жгутика пытаются объяснить поворотом угла «лопастей турбины». Однако подлинный механизм работы этого мотора пока не выяснен.
Мы видели, что МП может быть использован клетками в самых разных целях: в митохондриях, хлоронластах, бактериях — для синтеза АТФ; бактериями — для вращения жгутиков; в самых разных клетках — для транспорта веществ, например, у животных — для транспорта сахаров, в митохондриях для поглощения Са++ (митохондрии поглощают Са++ из клеток), у бактерий для поглощения К+ и т. д.; при «коротком замыкании) для выработки тепла. Все эти факты привели Скулачева в 1975 г. к следующему обобщению: в энергетике клеток есть два универсальных носителя, а не один, как думали раньше,— это АТФ и МП. А тем самым ясно, что МП необходим каждой клетке, а не только нервному волокну.
Как правило, клетки используют в качестве источника энергии МП, создаваемый выкачиванием ионов водорода. Однако мы уже видели, что это не принципиально. Отравленная бактерия начинала плыть и в том случае, когда МП создавался К+. В связи с этим у Скулачева возникла идея, что любой МП — это клеточный резерв энергии, который она в случае надобности может использовать. В очень яркой форме выражается запас энергии у бактерий — обитателей соленой воды, которые накачивают внутрь много К+. На свету они за счет бактериородонсина вырабатывают АТФ и поддерживают МП. Но если их поместить в темноту и в среду без кислорода, то они быстро переставали двигаться в среде, содержащей много КС1,— нет источников энергии. Но если их помещали в раствор с NaCl, то за счет возникающего МП их движение поддерживалось в течение 9 часов. Таким образом, уже бактерии имеют аккумулятор электроэнергии, который они заряжают либо от солнечных батарей, либо от «тепловых электростанций».
Но и это еще не все. Существует особая замечательная группа бактерий — цианобактерии (раньше их называли сине-зелеными водорослями). Это древнейшие обитатели Земли, обладающие рядом особенностей. Они способны к фотосинтезу, могут сами усваивать атмосферный азот и т. д. Среди цианобактерий есть многоклеточные существа, похожие на дождевого червя, у которого каждый членик — отдельная клетка. Эти клетки имеют немного разные функции и соединены межклеточными отверстиями. Сходство с червем усиливается тем, что такие бактерии умеют ползать. Они обладают положительным фототаксисом, т. е. ползут к свету. Сопротивление мембраны у них, так же как у большинства других бактерий и у митохондрий, очень велико, а длина — всего несколько миллиметров.
Работами В. П. Скулачева, Л. М. Чайлахяна и их сотрудников было показано, что цианобактерии умеют передавать электроэнергию на расстояние. Это было показано так. Было показано, что и эти бактерии могут ползти без АТФ за счет энергии МП. Затем бактерии были помещены в такие условия, что источником потенциала был только свет. В темноте бактерии не ползли, а нри освещении нескольких клеток на одном конце двигатели начинали работать вдоль всей длины бактерии (рис. 70, б). При этом была зарегистрирована разность потенциалов во внеклеточной среде между «головой» и «хвостом» бактерии. Читатель может сказать, что мы уже говорили о передаче электрической энергии в нервном волокне. Конечно, передача нервного импульса связана с энергетическими процессами. Но смысл имиульса — это передача информации. Через химический синапс к нейрону энергия не передается, передастся сигнал, который включает собственные источники энергии клетки- получателя. Совсем другое дело — цианобактерии. У них передается от освещенного места к электромоторам других клеток именно электроэнергия, так же, как она передав- ся от электростанции по проводам к моторам электричек или пылесосов. Так что бактерии умеют вырабатывать, передавать и запасать электроэнергию. 
<< | >>
Источник: Беркинблит М. Б., Глаголева Е. Г.. Электричество в живых организмах. 1988

Еще по теме Бактерии — первые электрики Земли. Они изобрели электромотор с подшипником, передачу электроэнергии по проводам и электрические аккумуляторы:

  1. Законы природы всегда обязывают совесть, но они эффективны только там, где они надежно гарантированы.
  2. СВИНЦОВЫЙ АККУМУЛЯТОР
  3. 63. Почему существуют тела столь твердые, что они не могут быть раздроблены нашими руками, хотя они и меньше их
  4. БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ И РЕМОНТЕ АККУМУЛЯТОРОВ
  5. БАКТЕРИИ
  6. Бактерии
  7. 3. Определения долговечности (ресурса) планетарной коробки перемены передач 3.1. Оценка долговечности (ресурса) зубчатой передачи
  8. БАКТЕРИИ
  9. 3. Бактерии в питьевой воде
  10. Приложение 5 ЗАДАЧА ОБ ОБНАРУЖЕНИИ БАКТЕРИЙ СИТУАЦИЯ
  11. 3.2.5. Электрический ток