Биологи объяснили свободное дыхание первых животных

Разрез колонизированного биомата из лагуны острова Augustin (фото Murray Gingras et al./Nature Geoscience).

В период, когда на Земле бурно развивались ранние животные, содержание кислорода в воздухе было низким. Но это не помешало многоклеточным эволюционировать. Команда учёных из Канады, США и Франции раскрыла секрет.

Исследователи измерили концентрацию кислорода и других соединений в бактериальных матах в лагунах венесуэльского архипегала Лос-Рокес.

Личинка насекомого из семейства Ephydridae, обнаруженная в образце бактериального мата (фото Murray Gingras et al./Nature Geoscience).

Живые плёнки в Лос-Рокес расположены в очень солёных водоёмах, негостеприимных для большинства растительноядных созданий. Потому маты эти полностью покрывают дно лагун и очень похожи на аналогичные бактериальные плёнки, существовавшие более 540 миллионов лет назад в эдиакарском периоде, когда ранние многоклеточные ещё делали свои первые шаги.

Концентрация кислорода в воде, бактериальном мате и осадочном слое в одной из лагун архипелага Лос-Рокес (жёлтые точки) (иллюстрации Murray Gingras et al./Nature Geoscience).

Как объясняет Nature, в ту эпоху парциальное давление кислорода в земном воздухе составляло 0,1 атмосферы — слишком мало, чтобы бурно развивались какие-либо животные, кроме примитивных губок. (Современное парциальное давление кислорода — 0,21 атм).

Однако международная группа учёных, исследовавших лагуны Лос-Рокес, выяснила: хотя в этих водах уровень кислорода тоже нередко падает до 0,1 атмосферы, непосредственно вблизи матов и в их толще дневная концентрация O2 (парциальное давление) вырастает до 0,25-0,45 атм. Более того, в верхнем миллиметре бактериального мата содержание этого газа иногда поднимается до 1,05 атм — там нарабатывается практически чистый кислород.

Палеонтологи давно предположили, что ранние животные развивались в микробных матах, поскольку окаменелости (или следы) многоклеточных и колоний бактерий часто находят вместе. Но впервые исследователи показали, как бактериальные плёнки могут работать в качестве поставщиков кислорода, необходимого для дыхания, а значит, для активного развития. (Узнайте, кстати, какую роль в появлении многоклеточных сыграла энергетика клетки.)

Кусочек бактериального мата из лагуны Pirata. Пузырчатая поверхность — следствие интенсивной выработки кислорода (фото Murray Gingras et al./Nature Geoscience).

Авторы работы отмечают, что не все ещё вопросы сняты. Скажем, ночью уровень кислорода в матах сильно падает, а стало быть, многоклеточные, обитающие вблизи них, должны резко ограничивать потребление живительного газа, впадать в спячку. Неизвестно, как поступали древние животные в таком случае.

Кроме того, пока нет обширных данных о самих бактериальных матах эдиакария. Насколько в них действительно были распространены фотосинтезирующие одноклеточные? Этот вопрос требует изучения.

A, B — фотография и схема окаменелых следов древнего животного Eochondrites rectangulus. C — схема создания им разветвлённых ходов (иллюстрации Murray Gingras et al./Nature Geoscience).

Детали нынешнего исследования можно найти в статье в Nature Geoscience.



Учёные вывели полностью женский вид ящериц

5 мая 2011

Открыт пятисантиметровый муравей эоцена

4 мая 2011

Биолог по-новому объяснил любовь свиней к грязи

3 мая 2011

Бактерии выдержали перегрузку в 400 000 g

26 апреля 2011

Бактерии в кишках поделили людей на три группы

21 апреля 2011
  • Илья Лягин  16 мая, 19:05
    «Рожденный ползать упасть не может» ©
    Уважаемые, не могли бы вы объяснить мне, недалёкому, с каких пор концентрация кислорода в воде измеряется в атмосферах?.. И ещё: предельная растворимость кислорода в воде при 25 С составляет грубо 1,2 мМ (http://twt.mpei.ac.ru/MAS/Worksheets/Chem/HCh_Lurie_Tab_7_313.mcd). С увеличением ионной силы (солёности) растворимость будет только падать. Так про какие «1,05 атм» может идти речь??!!!
    В общем и целом: когда геологи лезутЪ в химию/биохимию, это вызывает усмешку, а когда они это печатают в нЭйтче — ужас и печаль...
    С уважением.

    З. Ы. Опытам по профилированию концентрации кислорода в слое биоплёнок с помощью микроэлектродов Кларка — ..цать лет. А геологи его только сейчас откопали... ))

    ОтветитьНравится
  • Алексей Заикин  16 мая, 21:11
    Может имеет смысл определиться со значением терминов. а потом всех насмех поднимать. В конце концов Nature — рецензируемый журнал, или Вы считаете себя умней всей редакции научного журнала?
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  17 мая, 19:53
    Ахм...
    Начну с конца:
    0. Умнее — ни в коем случае!! Гораздо, ГОРАЗДО глупее!! Поэтому и прошу объяснить мне, неразумному, почему концентрация газа в воде выражается в АТМОСФЕРАХ....
    1. В лучшем случае статью прочитает один из заместителей главного редактора, а никак не вся редколлегия.
    2. Не поделитесь информацией, кто рецензирует статьи в ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ журнал?.. Я так понимаю, что ГЕОЛОГИ. В чем я ошибаюсь?.. Это все равно, что если бы мне дали на рецензирование статью про синхрофазотрон, в котором я ни бельмеса не понимаю...
    3. Про какой смех идет речь?.. Мне на САМОМ деле очень и очень грустно и печально это все...
    4. Эээээ... Про какие термины вы толкуете?..
    С уважением.
    ОтветитьНравится
  • Вообще то все очень просто, речь идет о парциальном давлении, от которого по известным формулам легко перейти к концентрации в молях.
    Прежде чем ужасаться и печалиться, может быть стоит разобраться в предмете разговора?
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  17 мая, 20:24
    Замечательно!! Вот мы и приближаемся к сути проблемы, которая, по моему мнению, заключается в следующем: при одинаковом парциальном давлении в газовой фазе растворимость кислорода будет зависеть от кучи других параметров жидкой фазы. Это упрощенная версия из физ.химии. Так давайте же ее усложним! Если в систему вводится дополнительный источник (биоплёнка) и потребитель (та же биоплёнка, плюс всякие тварюшки) кислорода. Так какое отношение полученное равновесное значение концентрации кислорода (да ещё не забываем про профиль!) будет иметь к, так называемому, «парциальному» в чистой воде???
    Да и еще: мне таки не понятно, с какой стати я должен делать дополнительные телодвижения, рыться в справочниках, что-то рассчитывать только потому, что авторы сего опуса выразили КОНЦЕНТРАЦИЮ в АТМОСФЕРАХ???
    С уважением.
    ОтветитьНравится
  • Таки смотрите: предполагается, что вы либо профессионал который понимает почему здесь концентрация выражается через парциальное давление, либо любитель который достаточно интересуется предметом и способен найти недостающую информацию самостоятельно.
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  17 мая, 21:22
    Искренне не понимаю, почему разговор плавно перетёк к моей личности. Что, на самом деле, симптоматично... Обсуждается-то конкретная статья, или я что-то пропустил?..
    Потому как я говорил про: а) компетентность авторов и адекватность полученных результатов; б) компетентность тех, кто допустил это в печать. Хотя, по большому счёту, ситуация всё более становится типичной: те результаты, что многие подобные «авторы» публикуют в рейтинговых журналах, я бы даже в тезисы постеснялся вставлять. Грустно за науку.
    ОтветитьНравится
  • Это тоже не слишком сложно. Дело в том, что вы по собственному признанию недостаточно хорошо разбираетесь в предмете обсуждения (я, кстати, тоже не специалист в этой области), но торопитесь с заявлениями в стиле «ага, а авторы то бретанские учоные».
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  18 мая, 14:51
    Это была ирония. Но в который раз не услышал от вас ничего по существу, т.е. по статье...
    Поясню вам, как для не специалиста: использование атмосфер в качестве единиц измерения концентрации кислорода — это все равно, что использовать сантиметры для измерения массы. От одного можно перейти к другому, но нужно знать кучу других параметров. Если с вашей точки зрения можно измерять массу с помощью линейки, то мне печально и за вас тоже. Я понятно объясняю?
    ОтветитьНравится
  • Давайте не будем утрировать, я сказал, что не являюсь специалистом биологом. И, таки да, если вам понадобиться измерять массу, к примеру, кабеля, то вы вполне можете воспользоваться линейной плотностью и линейкой.
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  18 мая, 19:15
    Это просто восхитительно!!
    Так и представилось — в магазине: «Отмерьте мне, пжста, сантиметров 20-25 сыра/колбасы/масла...»
    Или для записи в википедии: «Масса Земли составляет 1,27*10^9 см...»
    ОтветитьНравится
  • И в магазинах между прочим тоже часто просят отрезать колбасы на «палец». Поищите ка, что означает линейная плотность.
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  16 мая, 19:43
    может быть предельная концентрация кислорода растворенного в воде сильно зависит от давления этого газа над поверхностью
    И именно эта предельная концентрация характерная для разных двалений кислорода над поверхностью и приведена?
    ОтветитьНравится
  • А что он не разлетается по атмосфере? Да и окислять там много чего было. Не только железо, а элементарно Са + О + СО2 -> CaCO3.
    ОтветитьНравится
  • Виктор Бутрий  20 мая, 07:03
    Разлетается. Но не так быстро. Кто располагается рядом с «фабрикой кислорода» успевает надышаться. :D
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Федотов  3 июля, 01:37
    Невероятно, но в оригинале статьи действительно использовали ед. а.т.м.. вместо относительной доли. Авто статьи — Matt Kaplan. Лучше его боятся. :)

    «Modern atmospheric oxygen levels average around 0.21 atm, but when multicellular life was evolving, levels of around 0.10 atm would have been the norm — too low for most multicellular organisms.»

    ОтветитьНравится
  • ... ...  29 января, 13:14
    Возникновение атмосферы — это причина возникновения жизни, а не следствие её. Если бы не было в атмосфере достаточной концентрации кислорода, никакой жизни бы никогда не возникло.
    Нельзя же всерьез полагать что кислород в атмосферу нап......ли динозавры. Эти горе-ученые привыкли переворачивать все с ног на голову.
    ОтветитьНравится