Магнитная восприимчивость организмов - Павлович С.А.
Скачать (прямая ссылка):
Они грамотрицательны, имеют 1—8 закрученных слева направо завитков (в среднем 3). Размеры спирилл MS-1 колеблются от 2,3 до 11,1 мкм в длину и 0,28—0,36 мкм в ширину (в среднем 4,3X0,32 мкм). Длина волны завитка варьирует в пределах 0,9—2,4 мкм, амплитудные расстояния 0,14 — 0,44 мкм, жгутиков—1,5 — 2,5 мкм диаметром 22 нм. Содержание Г+Ц в нуклеоиде спирилл равнялось 64,5—64,9. Время генерации составляло 6—15 ч, длительность культивирования 4—6 дней (0,2— 0,5 г влажной культуры на 1л). Рост спирилл прекращался при высоком содержании окислительно-восстановительного потенциала среды (rH + 40 тВ).
Под электронным микроскопом в цитоплазме магни-тотаксических бактерий и спирилл штамма MS-1 обнаруживается цепочка или две электронноплотных богатых железом включений (рис. 8), каждое из которых имеет форму куба, а по уточненным данным К. М. То-we, Т. Т. Moench (1981), параллелепипеда со средней длиной 99,3±8,7 и шириной 62,3±6,1 нм и отношением ширины к длине, равным 0,63. В одной цепочке в сред-
Рис. 8. Магнитотаксические спириллы штамма MS-1 с цепочкой гранул магнетита в цитоплазме
нем насчитывается 10—15 (изредка больше) частиц. Каждое зерно находится в электроннопрозрачном слое мембраны и в цепочке расположено конец в конец (некоторые могут лежать поперек). После разрушения (озвучивания) бактерий интрацеллюлярные частицы конфигурации не меняют и вне клеток тоже остаются в цепочках (рис. 9). С помощью рентгеноструктурного анализа, метода дифракции нейтронов и мёссбауэров-ской спектроскопии R. В. Frankel et al. (1978), R. В. Frankel et al. (1979), D. L. Balkwill et al. (1980), К. M. Towe, Т. T. Moench (1981) установили, что внутриклеточные электронноплотные зерна магнитотаксических бактерий представляют собой кристаллы магнетита с небольшой примесью у-РегОз и минералов глины (ТЮг, А1203, Si02). Отмечено, что в кристаллах магнетита имеются пустоты, некоторые из них заполнены органическим материалом, возможно, железосодержащим протеином (ферритином). Допускается, что в них могут находиться и другие ферромагнетики, как например пирротит, связанный с серой (0,534%).
Изолированные кристаллы магнетита имеют доменную структуру (Butler, Banerjee, 1975; Bean, 1979), обладают сильным естественным остаточным магнетизмом, приблизительно равным 9-10-4 электромагнитной единицы на 1 г сухой массы (Blakemore et al., 1979; Denham et al., 1980), и являются ферромагнетиками. Цепочка магнетита в цитоплазме бактерий представляет собой единый магнитный диполь с моментом, равным сумме
Рис. 9. Цепь кристаллов магнетита вне бактерий; некоторые с пористым центром, содержащим органическое вещество
моментов отдельных кристаллов. По подсчетам R. В. Frankel, R. P. Blakemore (1980), для клетки, содержащей 22 частицы магнетита (среднее у спирилл), общий магнитный момент М=1,3-10-12 электромагнитной единицы. В геомагнитном поле 40 А/м общая магнитная энергия клетки МН = 6,6-10~13 эрг, т. е. на порядок больше, чем термальная энергия кТ (4,1-10"14 эрг при 300 °К). Очевидно, цепь кристаллов магнетита функционирует как очень чувствительный биомагнитный компас, с помощью которого магнитотаксические бактерии мигрируют по силовым линиям геомагнитного поля. В эксперименте клетки, содержащие магнетит, ориентируются
в однородном поле напряженностью 8 А/м (Frankel, Blakemore, 1980).
Реагирует в магнитном поле также магнетит, выделенный из бактерий, правда, в дисперсном состоянии агрегирует очень медленно из-за большой вязкости среды (Towe, Moench, 1981). Попытка размагнитить эти бактерии не удалась. После обработки в постоянном магнитном поле напряженностью 4,8-103 и 8-10® А/м при частоте 50 Гц R. В. Frankel, R. P. Blakemore (1980), R. В. Frankel et al. (1981) наблюдали, что однородная популяция магнитотаксических бактерий стала содержать приблизительно равное количество особей с противоположными направлениями движения. Так как изменялась только полярность магнитотаксической культуры, то можно полагать, что магнитный диполь бактерий является по существу одним магнитным доменом и в силу этого не размагничивается.
Еще ранее A. J. Kalmijn, R. P. Blakemore (1978) показали, что изменение полярности и ориентации у пресноводных магнитотаксических бактерий могло быть достигнуто под воздействием импульсного магнитного поля от 37,5 до 40 мТ, а у морских видов в диапазоне от 52,5 до 55 мТ в импульсе. Возможно, что в основе этого лежат различия в анизотропии доменов у морских и пресноводных видов магнитотаксических бактерий. По расчетам авторов, один домен магнитотаксических бактерий в зависимости от его величины содержит от 2 до 6-10~15 г магнетита. У бактерии, имеющей 10—20 таких частиц, количество магнетита колеблется от 2 до 12 • 10—14 г. Содержание магнетита в популяции прежде всего определяется биомассой. При наличии в 1 мл среды 100 000 особей в рыхлом осадке будет содержаться от 2 до 12-10-9 г бактериального магнетита, что приблизительно соответствует намагниченности порядка 2—12-10-7 А/м. В уплотненных осадках намагниченность может достигать 4 —- 24 -10-9 А/м. Общее количество железа у магнитотаксических бактерий колеблется от 2 до 3,5% на сухую массу культуры (Moench, Ко* netzka, 1978; Blakemore et al., 1979).
