Алексей Целлариус - Нескучная биология

Среди фототрофов есть автотрофы, которые синтезируют органику из минеральных соединений. Одни производят углеводы из углекислого газа и воды, подобно зеленым растениям. А есть и такие, которые вместо воды пользуются совершенно другими соединениями, например сероводородом. Ну, это еще куда ни шло. Так ведь некоторые фототрофы используют в качестве источника углерода углекислый газ, но источником водорода вместо воды сероводорода или другого минерального соединения у них служат спирты или органические кислоты. То есть они «фото», но уж; никак не «авто», поскольку нуждаются в готовой органике. Для этой публики придумано название «фотогетеротрофы», хотя с гетеротрофными эукариотами все это имеет очень немного общего. Мало того. Есть среди фототрофных прокариот совершенно уникальные существа, которые используют энергию солнечного света не для синтеза топлива, а только для «зарядки» АТФ, а питательные вещества потребляют готовые. Эти создания настолько не лезут ни в какие ворота, что для их способа питания-дыхания даже названия соответствующего не смогли придумать.

Фототрофное питание

Хемотрофное питание

Хемотрофы получают энергию, окисляя неорганические вещества – аммиак, серу и ее соединения, соединения железа, водород. К хемотрофам относят и прокариот, окисляющих метан, хотя, строго говоря, метан – органическое соединение и большая часть метана на нашей планете есть результат деятельности метанообразующих архебактерий. Часть хемотрофов использует в качестве окислителя кислород. Но есть среди них и анаэробы, у которых окислителем служат другие вещества. Получаемая энергия аккумулируется в молекулах АТФ и далее обычно используется не для синтеза универсального топлива, а напрямую обеспечивает биохимическую кухню прокариоты. Вообще, хемотрофы в качестве источника углерода используют углекислый газ, поэтому к ним вполне применим термин «автотрофы». Но на самом деле у некоторых из них, например у метанообразующих архебактерий, механизм фиксации углерода настолько замысловат и необычен, что никаких аналогий с привычной схемой синтеза у автотрофных эукариот углядеть невозможно. И многие бактериологи предпочитают термин «хемолитотрофы».

Органотрофное питание

К органотрофам относятся прокариоты, которые получают энергию, окисляя органические вещества, и эти же вещества используют в качестве источника углерода. Собственно, в этой части своей жизнедеятельности они подобны нормальным гетеротрофам: привычных нам всем слонам, мухам, грибам и аскаридам. Однако, строго говоря, сходство это во многих случаях очень и очень поверхностное, потому бактериологи часто предпочитают термины «органотрофы» или «хемогетеротрофы». Дело в том, что у прокариот, это касается не только органотрофов, существуют такие наборы ферментов, такие метаболические пути и такие продукты метаболизма, которые эукариотам не приснятся и в страшном сне.

В Антарктиде, в пробах льда, взятых с глубины более 500 м, обнаружены вполне жизнеспособные бактерии, «оживающие» при повышении температуры. Возраст этих отложений – около 20 000 лет, то есть, вполне вероятно, бактерии вмерзли в лед, когда по Европе еще бродили стада мамонтов и шерстистых носорогов, на которых охотились наши волосатые предки. В той же Антарктиде существуют озера, укрытые толстым слоем нетающего льда. Сквозь лед и снег туда проникает некоторое количество света, и здесь существуют сообщества прокариот, группирующихся вокруг фотосинтезирующих цианобактерий.

Прокариоты – единственные существа, способные использовать в минеральной форме азот, серу, водород, – а эти элементы входят в состав всех белков. А кроме того, бактерия – основная группа организмов, разлагающая мертвую органику. Без них большая часть углерода планеты довольно быстро окажется связанной в многочисленных трупах животных и растений и высокоорганизованная жизнь на планете прекратится.

Общая масса прокариот на нашей планете выше, чем всех растений и животных вместе взятых. Геохимические циклы на поверхности планеты обслуживаются в первую очередь прокариотами. Если в один прекрасный, или, скорее, ужасный день с планеты исчезнут все прокариоты, то растения и животные просуществуют от силы пару лет, а большинство вымрет в течение нескольких месяцев. Если же вдруг исчезнут все эукариоты, то прокариоты будут благополучно существовать, как существовали они миллиарды лет до появления на Земле этих выскочек с клеточным ядром. Если смотреть в корень, не увлекаясь эффектной внешностью, то наша Земля была, есть и всегда останется миром, в котором властвуют прокариоты. И очень может быть, что наша старушка-планета просто не заметила два миллиарда лет назад появления эукариот, как не заметит и их исчезновения.

По сути, эукариоты отличаются от прокариот двумя особенностями. Во-первых, ДНК эукариот собрана в особые структуры – хромосомы. Во-вторых, в эукариотических клетках существуют различные органы – обособленные части, выполняющие каждая свою функцию. Поскольку слово «орган» в биологии изначально применялось к частям многоклеточного организма, то органы клетки называют органеллами . Обособленность почти всех органелл заключается в том, что они окружены мембраной, а значит, в клетке эукариоты, в отличие от прокариоты, существуют внутриклеточные мембраны. Мембраны определяют, какие молекулы пропускать внутрь, а какие наружу, и в каком количестве. Вдобавок в мембрану встроены различные ферменты и на мембране идут многие биохимические процессы.

Ядроимеется у всех эукариотических клеток, неважно, является эта клетка самостоятельным организмом, вроде амебы или эвглены, или входит в состав организма многоклеточного. Впрочем, существуют и исключения. Зрелые эритроциты млекопитающих (красные кровяные тельца) ядер не имеют, равно как и некоторые клетки флоэмы у растений. Обычно ядро – самая крупная и заметная клеточная структура. Ядро окружено оболочкой, которая состоит из двойной мембраны. Оболочка пронизана специальными порами, через которые идет обмен различными веществами между ядром и остальной частью клетки. В полужидком «наполнителе» ядра – нуклеоплазме – расположены хромосомы.