Морские водоросли ловят азот из воздуха

Азот, составляющий 78% воздуха, является необходимым элементом для жизни на Земле.

Однако молекула газообразного азота N2 обладает высокой устойчивостью, что затрудняет его использование в биохимических процессах. Только некоторые организмы, такие как азотфиксирующие бактерии и археи, обладают способностью преобразовывать азот из атмосферы.

Эти микроорганизмы используют специальные ферменты для фиксации азота, при этом необходимо избегать попадания кислорода, который может блокировать процессы азотфиксации. Сложность этого процесса заключается в том, что азотфиксирующие организмы должны эффективно управлять балансом между азотом и кислородом.

Среди эукариот, таких как растения, животные и грибы, нет организмов, способных самостоятельно извлекать азот из воздуха. Они зависят от других источников азота, таких как почва или пища, для поддержания своего обмена веществ. Взаимодействие между азотом и живыми организмами представляет собой сложный и важный аспект биогеохимического цикла на планете.

Растения, чтобы получить азот, используют уже существующие органические соединения с азотом, которые раньше принадлежали живым организмам. Однако некоторые виды растений умудрились установить симбиоз с азотфиксирующими бактериями, привлекая их в корневые клубеньки. Этот удивительный процесс прежде всего характерен для растений семейства Бобовых, но также встречается у представителей семейств Крушиновых, Восковницевых и других. Клубеньковые бактерии помогают растениям усваивать азот из воздуха, что является важным элементом их питания.

Пойманный азот используется растениями для собственных нужд, таких как рост и развитие. Однако, когда растение умирает, большое количество зафиксированного азота высвобождается в почву, обогащая ее и делая доступным для других растений. Этот цикл азота в природе является важным процессом, обеспечивающим баланс питательных веществ в экосистеме и поддерживающим жизнь на Земле.

Эндосимбиоз - это удивительное явление, когда один организм живет внутри другого. Как, например, митохондрии и хлоропласты, которые являются органеллами в клетках живых организмов. Но интересно, что в прошлом эти органеллы были отдельными бактериями. Их ДНК до сих пор присутствует внутри них, что говорит о древности этого симбиоза. Генетические исследования показывают, что эндосимбиоз между азотфиксирующими бактериями и водорослями начался около 100 миллионов лет назад.

Интересно, что эти организмы, объединившись, стали более успешными и адаптированными к окружающей среде. Предки бактерий и водорослей, вступившие в эндосимбиотические отношения, вероятно, претерпели значительные изменения за миллионы лет. Это позволило им выживать и развиваться вместе. Именно таким образом, по мнению ученых, возникли эукариоты, более сложные клетки, в которых митохондрии играют важную роль. В результате эндосимбиоза, бактерии и археи обрели возможность сосуществовать и взаимодействовать, что привело к появлению новых форм жизни.

Изучение эволюции клеток позволяет нам понять, каким образом древние эукариоты приобрели бактериального эндосимбионта способного к фотосинтезу, что послужило началом формирования хлоропластов. Важно отметить, что в случае водоросли B. bigelowii возникает вопрос о том, действительно ли её бактерия-симбионт превратилась в органеллу. Если мы рассматриваем эту структуру как органеллу, то она должна подчиняться клеточному циклу: при делении водоросли количество органелл должно увеличиваться, чтобы следующее поколение водорослей могло их унаследовать.

Интересно, какие механизмы лежат в основе превращения бактерии-симбионта в органеллу у водоросли B. bigelowii. Возможно, этот процесс связан с генетическими изменениями, которые позволяют бактерии интегрироваться в клетку хозяина и стать неотъемлемой частью её функционирования. Понимание этого механизма может пролить свет на эволюцию органелл и их роль в жизни клеток.

B. bigelowii - это уникальная водоросль, у которой происходит удивительный процесс синтеза белков в её азотных органеллах, названных нитропластами. Эти нитропласты делятся в точности перед клеточным делением, синхронизируясь с делением митохондрий и хлоропластов. Помимо этого, нитропласты не могут самостоятельно синтезировать необходимые белки для обмена веществ и зависят от поставки белков со стороны клетки. Оказывается, что для нитропластов не хватает белков, кодируемых в ядерной ДНК водоросли, и клетка вырабатывает их специально для них, обеспечивая таким образом необходимый обмен веществ и жизнедеятельность всей клетки.

Эксперименты в области биотехнологии продолжают расширять наши знания о водоросли B. bigelowii. Исследователи установили, что азотфиксирующие установки-нитропласты внутри неё являются органеллами, а не бактериями-симбионтами. Это открывает новые перспективы для понимания механизмов азотфиксации у водорослей.

Стоит отметить, что генетические механизмы, позволяющие B. bigelowii захватывать азот из атмосферы, могут иметь потенциал для передачи другим водорослям или даже высшим растениям. Это открывает возможности для создания новых видов сельскохозяйственных культур с улучшенной способностью к азотфиксации.

Исследование азотфиксирующих свойств B. bigelowii является важным шагом в понимании биологических процессов, лежащих в основе устойчивости экосистем. Дальнейшие биотехнологические эксперименты могут привести к созданию новых, более эффективных методов использования азота в сельском хозяйстве и охране окружающей среды.

Источник и фото - ecoportal.su