Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
1 См. также: Brock Т. D., 1978. Thermophilic microorganisms and life at high temperatures, Springer-Verlag, New York; Friedman S. М., Ed., 1978. Biochemistry of thermophily, Acad. Press, New York; Shilo М., Ed., 1979. Strategies of microbial life in extreme environments. Verlag Chemie, Deerfield Beach, USA; Caplan S. R., Ginzburg М., Eds., 1978. Energetics and structure of halophilic microogranisms, Elsevier — North Holland, Amsterdam. — Прим. ред. перевода.
ко одно из наиболее холодных мест на Земле, но, пожалуй, и самое засушливое.
В этой книге не дается точного определения понятия «экстремальные условия»; отмечается лишь, что многие из рассматриваемых условий оказались крайне неблагоприятными для человека. В ней мы будем говорить в основном об условиях окружающей среды, в границах которых способны существовать микроорганизмы, а также о механизмах, при помощи которых они выживают в этих условиях. Последние определяются химической природой веществ и физической^ природой Земли. Все формы жизни нуждаются в жидкой воде. Из всех неблагоприятных воздействий, которым подвергаются живые организмы, высушивание относится, пожалуй, к наиболее сильным. Крайне сомнительно, чтобы какой-либо организм мог расти, если активность (aw) содержащейся в нем воды составляет менее 0,6, т. е. менее 60% активности чистой воды, да и этот предел доступен лишь немногим грибам. Большинство микроорганизмов нуждается в гораздо •более высоких значениях aw. Область температур, в границах которой могут развиваться живые организмы, — это в сущности те температуры, при которых вода остается в жидком состоянии, а именно ~273—373°К- [Несколько предположений об условиях, которые позволили бы воде оставаться жидкой при гораздо более низких температурах, например при температурах, присущих некоторым из лун Юпитера, высказаны в одной из работ (Kush-ner, 1976). Впрочем, надо признать, что эти предположения чисто умозрительны.] В общем температура развития наиболее теплоустойчивых микроорганизмов всего примерно на 37% превышает самую низкую температуру, при которой возможно существование наиболее холодоустойчивых микробов. Однако этот факт не мешает нам по-прежнему рассматривать условия- в кипящей воде как экстремальные.
Возможны самые разнообразные вариации окружающей среды. Микроорганизмы могут существовать при концентрациях водородных ионов, различающихся на несколько порядков; отдельные микроорганизмы растут при pH 10 и даже при более высоких. Многие микробы легко выдерживают стократные изменения в 'давлении. Так, при самом высоком давлении, существующем в морских глубинах, рост многих микроорганизмов лишь слегка подавлен. Развитие одних микроорганизмов угнетается такими концентрациями тяжелых металлов, как 10-8 М, в то время как другие устойчивы к действию этих металлов в концентрациях в миллион раз больших. Разные виды микробов отличаются друг от друга по своей устойчивости к радиации в тысячу раз.
Любой порядок изложения столь разнородного материала не' может не быть несколько произвольным. Желая подчеркнуть, что экстремальные условия в природе отнюдь не ограничиваются ус-
ловйями небольших специализированных ниш, мы решили начать книгу с главы, написанной Бароссом и Моритой об экологии микроорганизмов, рбитакнцих в условиях с низкой температурой: в почвах, океанах и атмосфере, иными словами, в большей части нашей биосферы. Температура морской воды в основном соответствует приблизительно 0°С. Действие низких температур испытывают на себе и многие микроорганизмы в атмосфере; правда, пока еще твердо не установлено, способны ли они там размножаться. Этот аспект особенно интересен в свете рассмотрения форм жизни, которые могли бы существовать на гигантских планетах, где условия, более или менее приемлемые для жизни, возможны лишь в газообразных областях (Ponamperuma, 1976). Подробно рассмотрейы в этой главе различные холодные местообитания, прежде всего Антарктика, которая в последние годы привлекает к себе все большее внимание исследователей.
В гл. 3 Иннис и Ингрэм рассматривают причины, по которым одни микроорганизмы способны размножаться при пониженных температурах, а другие даже нуждаются в таких условиях. Су-щестйование последних может объясняться нарушениями белкового синтеза или повреждениями клеточных оболочек, а также изменениями других жизненно важных клеточных органов и процессов, которые происходят, вероятно, при умеренных температурах. Что же касается первых, то до сих пор неясно, почему рост многих мезофилов прекращается, а не просто замедляется при низких температурах, превышающих 0°С. Это обстоятельство было весьма подробно и изящно изучено с помощью так называемых холодочувствительных мутантов 'Е. coli и других мезофилов. Оказалось, что примерно ниже 10°С в прекращении роста основную роль играют нарушения в функционировании регуляторных ферментов или в образовании рибосом. Модификация мембранных липидов, а следовательно, и изменения в функционировании мембран также представляют собой весьма важный аспект температурной адаптации, хотя и не всегда понятно, почему в отсутствие подобных модификаций невозможен рост при температуре ниже определенного предела, при котором еще происходит размножение.
