Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Многие морские микроорганизмы подвержены действию не только низких температур, но и высоких давлений, которые на очень большой глубине превышают иногда 1100 атм. Среднее давление составляет почти 400 атм, причем известно, что в пробах грунта, взятых на разных глубинах, содержится много живых организмов. Однако при сочетании низкой температуры и высокого давления рост микроорганизмов подавляется настолько сильно, что их роль в деградации органических веществ на морском дне все еще остается неясной. Недавно стала вырисовываться интересная возможность, заключающаяся в том, что осо-
бенно высокую активность в биодеградации проявляют микроорганизмы из кишечника глубоководных морских бокоплавов и других животных. Эти вопросы, а также история баробиологии и воздействие давлений (в том числе достигающие нескольких тысяч атмосфер) освещены в гл. 4. Подробно было изучено влияние давления на субклеточном уровне. Хорошо известно, что высокие давления вызывают диссоциацию гидрофобных связей и тем самым разрушают клеточные структуры. В связи с этим возникает следующий вопрос, все еще недостаточно изученный на клеточном уровне: каким образом адаптируются организмы, которые могут существовать при высоком давлении или в широком интервале давлений?
Способность некоторых микроорганизмов жить при высоких температурах уже давно привлекла внимание биологов; долгое время среди прочих экстремальных условий высокие температуры и их влияние на организмы изучались особенно интенсивно. В горячих источниках и других водах вулканического происхождения исследователи пытались установить экологические взаимосвязи. Об этом кратко говорится в гл. 5, написанной Теней и Броком, которые наиболее подробно останавливаются на экологическом распространении термофильных грибов. В этой главе показано, что на Земле очень много самых разнообразных мест с высокой температурой: верхние слои почвы, кучи компоста, стога сена, горы стружки, отвалы угля, кучи шлака, помет аллигатора и охлаждающие устройства ядерных реакторов. За исключением первого и последнего случаев, высокая температура в таких местах, достигающая порой 60°С и больше, вызвана в значительной степени жизнедеятельностью микроорганизмов. Это может служить одним из примеров экстремальных условий, которые своим возникновением обязаны самим микроорганизмам;, другие приведены в последующих главах.
Механизмы устойчивости к высоким температурам были изучены более подробно по сравнению с соответствующими механизмами, используемыми в других экстремальных условиях. Как полагают Амелунксен и Мердок (гл. 6) ^температурная адаптация микроорганизмов обусловлена изменениями в скоростях метаболизма, а также в структуре мембран, рибосом и отдельных белков. Мы не будем умалять роли остальных причин, однако считается общепринятым, что наиболее важными для адаптации к высоким температурам являются изменения в структуре белков. При тех высоких температурах, при которых растут термофилы, многие.их ферменты сохраняют.как активность, так и регуляторные свойства. Несколько подобных ферментов выделено в высокоочшценном виде, что дает прекрасную возможность установить взаимосвязь между их химическими свойствами и температурной адаптацией. И все-таки, несмотря на множество ра-
бот, проводимых в этом плане, мы еще далеки от полного понимания структурных свойств, которые определяют способность белков функционировать при высоких температурах. По-види-мому, особенности ферментов термофилов нельзя объяснить резкими изменениями в относительном содержании неполярных или каких-нибудь других аминокислот. Ключом к пониманию термофилии служат, очевидно, более тонкие структурные различия, выяснить которые поможет только анализ пространственной организации этих белков. При изучении таких белков становится очевидным, что их функции в огромной степени определяются незначительными изменениями в их структуре.
Многие горячие источники обладают повышенной кислотностью; известны также и другие многочисленные места с низкими значениями pH. В некоторых из них, например в болотах и кислых рудничных водах, низкие величины pH обусловлены жизнедеятельностью микроорганизмов. Существуют также зоны со щелочными значениями pH, правда, они изучены менее детально, не исключено, что в них будут найдены весьма интересные микроорганизмы. Одной из причин возникновения высоких величин pH, обусловленных микробной активностью, служит разложение мочевины до аммиака. Уже давно известно (гл. 7), что многие микроорганизмы способны размножаться в интервале значений pH, в котором их внутриклеточные ферменты не функционируют. По-видимому, несмотря на то что pH окружающей среды может меняться, внутри своих клеток эти организмы поддерживают постоянную кислотность. В последние годы это предположение подтвердилось для ряда организмов, особенно для тех, которые существуют в условиях повышенной кислотности. Структуры на поверхности клеток у таких организмов должны быть приспособлены к крайним значениям pH, что и было действительно показано для некоторых из них. Наружные слои клеток микроорганизмов, живущих в условиях повышенных температур и кислотности, отличаются, надо полагать, характерным химическим составом, который необходим им для того, чтобы выдерживать такие необычные условия. Некоторые организмы обладают жесткими мембранами с очень низким содержанием липидов; в этом отношении, а также свойствами своих липидов их мембраны напоминают мембраны экстремально-галофильных бактерий.
