2.23: Галобактерія

Last updated
Save as PDF

Page ID: 6976

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Halobacterium - один з декількох організмів, які можуть пофарбувати високосольові середовища в червоний колір, як гіперсольові басейни в озері Оуенс, штат Каліфорнія. Галобактерія значна не тільки для його толерантності до надзвичайної солоності, але і тому, що він є членом Археї і тому, що він має деякі своєрідні метаболічні здібності.

Ця фотографія астронавта підкреслює переважно сухе русло озера Оуенс, розташоване в долині річки Оуенс між горами Іньо та Сьєрра-Невада. Неглибокі грунтові води, джерела та просочення підтримують незначні водно-болотні угіддя та центральний басейн ропи. Дві яскраво-червоні області по краях басейну ропи вказують на наявність галофільних (сольолюбних) організмів, відомих як археани. Сірими і білими матеріалами в межах озера оголюються опади і соляні кірки. Прилеглі міста Оланча і Лон Сосна відзначені наявністю зеленої рослинності, що свідчить про більш постійну доступність води. — Озеро Оуенс розглядається з орбітального супутника. Червоний колір в центрі обумовлений наявністю галобактерій.

Філогенія

Галобактерія - оксюморон, оскільки це не бактерія, це археон, член Археї, групи прокаріотів, які в 1977 році відрізнялисявід решти прокаріотів (організмів, позбавлених клітинних органел) в силу сукупності характеристик, зокрема послідовності основи в рибосомі 16s (насправді послідовності основ в ДНК, що кодує для РНК 16-ї рибосоми). Таким чином, більшість працівників зараз описують дві групи прокаріотів, археї та еубактерії. Хоча спочатку вважалося представником найдавніших форм життя (звідси і назва Архея) працівники тепер вважають, що археї були похідні від евбактерій. Виходячи з метаболічних шляхів та генів, виявляється, що еукаріоти та архея тісніше пов'язані, ніж еукаріоти та еубактерії.

Структура

Клітини мають стрижневу форму і приблизно 2-5 мкм в довжину з єдиною ліпідною бішаровою мембраною, оточеною клітинною стінкою глікопротеїну. Мембрани клітин археї виготовлені з фосфоліпідів, які відрізняються від тих, що містяться в бактеріях та еукаріотах. Клітини галобактерій джгутикуються і здатні рухатися до джерела світла, особливо світла в жовто-зеленому кольорі, близько 560 нм, де його фотосинтетичний пігмент (бактеріородопсин, див. Нижче) має пік поглинання.

Клітини Halobacterium, зображення, зроблене потужним мікроскопом. Окремі клітини на цьому зображенні мають довжину близько 5 мкм (масштаб лише приблизний)

Пол і розмноження

Як і всі прокаріоти, галобактерії не є статевими, але вони здатні обмінюватися генетичним матеріалом іншими способами. Вони розмножуються шляхом поділу клітин, але, як і всі Археони, не виробляють ендоспори.

Матерія і енергія

Галобактерії - фотогетеротрофи. Як і інші гетеротрофи, їм потрібно харчуватися (тобто засвоювати) органічні сполуки, щоб забезпечити себе матеріалом для росту, але вони також використовують світлову енергію для отримання АТФ. На відміну від цього, фотосинтезуючі організми є автотрофними: вони виробляють їжу (вуглеводи), а потім «їдять» частину її, щоб зробити АТФ, а решту використовують як будівельний матеріал. Регулярні гетеротрофи «їдять» як для придбання матеріалу для росту, так і для отримання енергії, як правило, через клітинне дихання.. Якщо галобактерії позбавлені світла, їм потрібно їсти більше, тому що вони будуть вести себе як «нормальний» гетеротроф, використовуючи їжу, яку вони їдять, як для того, щоб зробити себе більшими, так і для забезпечення своїх енергетичних потреб.

Пігмент, який взаємодіє зі світлом, - це бактеріородопсин, форма родопсину, того самого пігменту, який використовують наші очі, щоб побачити. В обох випадках світло викликає конформаційну зміну білка. В наших очах це спричиняє передачу нервового імпульсу; у Halobacterium це змушує протони накопичуватися на одній стороні мембрани, дозволяючи синтезувати АТФ. Галобактерія також має другий білковий пігмент, галорходопсин, який може використовувати світлову енергію для перекачування іонів хлориду в клітину, збільшуючи концентрацію розчиненої речовини та запобігаючи надмірній втраті води.

Бактеріородопсин - це мембранно-охоплюючий білок, який може набувати протони в цитозолі, змінювати конформацію за рахунок поглинання світла і вивільняти протони на зовнішній стороні мембрани. Потім протони потрапляють у клітину, вниз по їх електрохімічному градієнту, в процесі, який пов'язаний з утворенням АТФ.

Взаємодії

Галобактерія - класичний приклад «екстремофіла», організму, який існує в екстремальних умовах, таких як висока температура, висока солоність, висока кислотність. Галобактерії можуть жити, і дійсно вимагають, концентрації солі набагато перевищують рівень толерантності більшості інших організмів. Вони можуть навіть вижити в насичених розчинами розсолу. Через це вони можуть бути фактично «скам'янілими» у родовищах солей і залишитися в живих тисячами, можливо, мільйонами років. Толерантність до екстремальних умов, ймовірно, означає зниження конкуренції в таких місцях проживання.

Хоча багато археонів є екстремофілами, не всі є; і, звичайно, є екстремофіли, які не є археонами (один, про який ви повинні знати, це бактерія, Thermus aquaticus). Інший не-археон, який живе в умовах високої солі є одноклітинні зелені водорості Dunaliella salina, які можуть виробляти велику кількість пігменту бета-каротину і свого часу колись вважався джерелом червоного забарвлення в гіперсольових озерах. Більшість працівників зараз вважають, що археони, такі як Halobacterium, - це те, що робить озера червоними, але що Дуналіелла може нести відповідальність за те, щоб зробити фламінго рожевими, в результаті їх споживання ропних креветок, які бенкетували на бета-каротином завантаженому Дуналієлла.