Симбіоз черв'яків і бактерій
Більшістьживих істот, що населяють нашу планету, є складними симбіотичнимикомплексами. Їх вивчення значно просунулося в останні роки завдякиметоду Метагеномний аналізу. Суть методу полягає у виділенні з зразка(Наприклад, з тканин небудь тварини або з вмісту кишечника) всіхнаявних молекул ДНК. ДНК секвеніруют (визначають послідовностінуклеотидів) і за цими послідовностям з'ясовують, які організмиприсутні в пробі. Генетичні бази даних сьогодні дозволяють по наборувиділених з проби генів визначити, які організми присутні в пробі, навітьякщо ці організми досі не були відомі науці. Порівнюючи знайдені гениз відомими, можна з'ясувати не тільки чиїми родичами є ціістоти, але і як вони живуть і чим дихають.
Групавчених із США і Німеччини за допомогою Метагеномний аналізу виявила іВ«РозшифрувалаВ», можливо, саму дивну симбіотичну систему з усіхвідомих на сьогоднішній день.
Об'єктомвивчення став малощетінкових черв'яків Olavius ​​algarvensis, що мешкає в Середземномуморе. Черв'як цей цікавий перш за все тим, що у нього немає ні рота, нікишечника, ні ануса, ні нефрідій. Деякі інші морські черв'яки тежнавчилися обходитися без органів травлення: наприклад, у погонофор кишечникперетворився в тяж, набитий симбіотичними бактеріями, окислювальними сірководеньабо метан. Однак редукція ще й видільної системи - це явищебезпрецедентне для кільчастих хробаків. Невже мікроби-симбіонти зуміли замінитичерв'якові не тільки органи травлення, але і органи виділення? Безумовно, цейвипадок заслуговував пильної вивчення.
Метагеномнийаналіз виявив присутність в тілі хробака чотирьох видів симбіотичних бактерій, дваз яких відносяться до групи гамма-протеобактерій, а два інших - додельта-протеобактеріям. Обидві гамма-протеобактеріі, геном яких вдалосяреконструювати майже повністю, є авто-трофі, тобто синтезуютьорганічні речовини з вуглекислого газу. Необхідну для цього енергію вониотримують за рахунок окислення сульфіду (S2-). В якості окислювача використовуєтьсякисень, а за відсутності кисню - нітрати, а також деякі органічніречовини. В якості кінцевих продуктів життєдіяльності ці бактерії виділяютьокислені сполуки сірки (наприклад, сульфати).
малощетінковихчерв'як Olavius ​​algarvensis
Дельта-протеобактеріітеж виявилися автотрофами, але іншого роду, а саме сульфат-редукторами. Вониотримують енергію, відновлюючи сульфат (або інші окислені з'єднаннясірки) до сульфіду. Таким чином, метаболізм гамма-ідельта-протеобактеріальних симбіонтів виявився взаємодоповнюючих: відходів першогослужать їжею другим, і навпаки.
ВЯк відновлювача (донора електронів, необхідного для відновленнясульфату) симбіотичні дельта-протеобактеріі можуть використовувати молекулярнийводень. В їх геномах є гени ферментів гидрогеназой, необхідних для роботиз молекулярним воднем. Можливо (хоч і не вдалося довести напевно), щогамма-протеобактеріальние симбіонти виробляють деяку кількість H2 впроцесі своєї життєдіяльності і таким чином забезпечують дельта-протеобактерійне тільки окисленими сполуками сірки, але і відновником.
Бактеріальнісимбіонти живуть не в глибині тканин, а прямо під зовнішньою оболонкою (кутикулою)хробака. Тут вони обмінюються один з одним продуктами свого метаболізму. Всіінше, чого їм може бракувати, вони отримують з навколишнього середовища - восновному це речовини, просочуються з морської води під кутикулу господаря.Мікроби розмножуються, а епітеліальні клітини хробака тим часом потихенькузаковтують їх і переварюють. Цього джерела живлення, очевидно, черв'якові цілкомдостатньо, щоб не відчувати дискомфорту через відсутність рота і кишечника.
Алеяк вдається черв'якові обходитися без видільної системи? Виявилося, що вгеномах бактерій-симбіонтів присутні гени білків, що забезпечують всмоктуванняі утилізацію сечовини, амонію та інших В«відходів життєдіяльностіВ» хробака. Ціречовини служать бактеріям цінними джерелами азоту.
Очевидно,що хробак-господар повністю залежить від своїх симбіонтів і жити без них не встані. А чи можуть бактерії обходитися без хробака? Судячи з будовою їхгеномів, це цілком імовірно. Геноми бактерій, повністю перейшли допаразитичного або симбіотичних способу життя, звичайно спрощуються. ВЗокрема, в них зникають або стають В«мовчазніВ» гени, необхідні длясинтезу деяких речовин (наприклад, амінокислот), які можна запозичитиу господаря. Нічого подібного не спостерігається у симбіонтів хробака Olaviusalgarvensis.
Можливо,основна вигода, яку бактерії отримують від співжиття з хробаком, полягає втому, що він рухливий і може в міру потреби переповзати туди, де умовисередовища найбільш сприятливі для бактерій.
Такимчином, п'ять видів живих істот, об'єднавшись, перетворилися в універсальнийВ«Понад-організмВ», здатний жити в найрізноманітніших умовах - в тому числі ітам, де жоден з його В«компонентівВ» не вижив би в одиночку.
Напівденному заході Канади знаходиться Burgess Shale - одне з найзнаменитішихсреднекембрійскіх місцезнаходжень, де збереглися відбитки цілих тварин, втому числі м'якотілих. Саме там були виявлені відбитки нового незвичайногоістоти. Химерне створення довжиною 6-10 мм, що жило близько 505 млн років тому, отрималоназву Orthrozanclus reburrus. М'яке тіло тварини було покрито зверху і збоків твердими, але не мінералізованими склерітамі - щетинками і шипамирізноманітної форми й довжини, що розташовувалися в декілька рядів. Крім того, переднійкінець тіла був прикритий невеликий раковиною. Ймовірно, тварина вело доннийспосіб життя і повзало на черевній стороні, подібно слимаків. Шипи і щетинкивиконували захисну, а також, можливо, сенсорну функцію. Призначення раковинкине цілком ясно. Може бути, вона служила опорою для м'язів ротового апарату.
Самаяважлива особливість Orthrozanclus reburrus полягає в тому, що це істотапоєднує в собі віваксіід і Orthrozanclus. Всі ці форми автори знахідкипропонують об'єднати в єдину групу В«хальваксіідВ». Крім того, добрезбережені екземпляри Orthrozanclus проливають світло на природу цілого рядуінших кембрійських організмів, відомих лише по розрізненим склеріти.
Положенняхальваксіід на еволюційному дереві надтіпа Lophotrochozoa поки не може бутивизначено однозначно. Автори розглядають два можливі варіанти: або цягрупа близька до предків молюсків, або вона ближче до загальним предкам кільчастихчерв'яків і брахіопод. Другий варіант автори вважають більш імовірним. Втім, завеликим рахунком, різниця між цими гіпотезами не так вже й велика, оскількизагальні предки молюсків, брахіопод і кільчастих хробаків самі були дуже близькіодин до одного.
Orthrozanclusreburrus
СамийВ«ГарячийВ» хробак
Глибоководнігідротермальні джерела - справжні оазиси життя у малонаселених глибинахокеану. Основу процвітання гідротермальних співтовариств складає надходить зземних надр сірководень, який служить їжею бактеріям, а ті, в свою чергу, забезпечуютьпрохарчуванням разпрізнакі двох кембрійських груп - халькіеріід і віваксіід, якірізними дослідниками трактувалися то як примітивні молюски, то яккільчасті черв'яки, то як брахіоподи. Незважаючи на деякі істотні відмінності,є підстави припускати, що знахідка доводить близьку спорідненість і єдинепоходження халькіеріід, нообразних креветок, молюсків, черв'яків і іншихтварин.
Температураморських гарячих джерел досягає 350 В° C, але більшість мешканців гідротермальних оазисів в самий окріп не лізуть, а тримаються подалі, там, де температуране перевищує 30 В° C. Однак, деякі прокаріоти відрізняються набагато більшвисокою жаростійкістю і можуть розвиватися при температурі 100-105 В° C. Дляеукаріот максимально допустима температура набагато нижче.
В«ГарячийВ»черв'як Paralvinella sulfincola
Дослідникитихоокеанських гідротерм давно звернули увагу, що кільчасті хробакиParalvinella sulfincola підбираються до виходів перегрітих підземних вод набагатоближче, ніж інші тварини. Однак виміряти температуру води в безпосереднійблизькості від цих черв'яків виявилося не так-то просто через сильну турбулентність(Черв'яки сидять якраз в тій зоні, де розжарені підземні води активноперемішуються з холодними водами океанських глибин), та результати вимірюваньвиявлялися спірними і суперечливими.
Зоологамз Гарвардського університету і Університету шт. Вашингтон (США) вдалося вирішитицю проблему, створивши для піднятих з глибини 1800 м черв'яків прийнятні умови існування в спеціальному акваріумі з високим тиском.Глибоководні хробаки в цьому акваріумі почували себе непогано, залишалися живіпротягом багатьох діб і активно повзали, що дозволило визначити їхтемпературні вподобання.
Водин кінець акваріума поміщали нагрівач, в іншій - охолоджувач, так щостворювався плавний перепад температур від 20 до 60 В° C. Після цього вчені дивилися, куди поповзуть черв'яки і в якій зоні акваріума вони будуть накопичуватися. Виявилося, що черв'яки воліють температуру від 40 до 50 В° C, а іноді ненадовго заповзають і в область зтемпературою 55 В° C. Втім, нагрівання всієї води в акваріумі до 55 В° C черв'якам дуже не сподобалося, а коли воду нагріли до 60 В° C, всі тварини загинули через декілька хвилин.
ТимПроте рекорд для тваринного царства таки був встановлений. Хоча деякічленистоногі (наприклад, рачок Potamocypris і мураха Cataglyphis) можутьвитримувати нагрівання до 50 В° C протягом нетривалого часу, тільки черв'як Paralvinella sulfincola почуває себе при такій температурі комфортно.
Список літератури
Дляпідготовки даної роботи були використані матеріали з сайту bio.1september.ru
