Насколько большим может быть микроб?

За последние несколько десятилетий микробиологи обнаружили бактерии, которые достаточно велики, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. В 2022 году биолог Оливье Грос опубликовал свое открытие еще более крупной бактерии — необычной нитевидной Thiomargarita magnifica, найденной в мангровых зарослях Гваделупы в Карибском бассейне. Видимые невооруженным глазом, эти нитевидные организмы окисляют серу для получения пищи и могут достигать сантиметра в длину.

Когда мы думаем о бактериях, мы часто представляем их как вызывающие болезни одноклеточные организмы, которые обитают повсюду — от слизистой оболочки наших кишок до поверхности электронного устройства, с помощью которого вы читаете эту статью. Однако бактерии — это нечто большее, чем негативное восприятие; некоторые из них, например, пробиотики, могут быть весьма полезны для нас.

Существуют ли исключения, когда речь идет об их размерах?

Бактерии

Прежде чем ответить на этот вопрос, необходимо уточнить, какие организмы относятся к бактериям.

Бактерии определяются как одноклеточные прокариоты, которые не имеют определенных мембранно-связанных клеточных органелл и размножаются бесполым путем. Эти организмы обладают высокой адаптивностью и разнообразными способами получения питания. Они могут быть свободноживущими, фотосинтезирующими, гетеротрофными и паразитическими. Разнообразие микробов распространяется на их формы и объемы, которые варьируют в пределах 0,4-3 кубических микрометров. Они могут быть сферическими, запятообразными, палочковидными или цилиндрическими.

Определение этих микробов предполагает, что их можно рассмотреть только под микроскопом, но всегда ли это так?

Насколько большими могут быть эти удивительные организмы, и можно ли их увидеть невооруженным глазом?

Почему бактерии такие маленькие?

Живые клетки зависят от различных процессов, таких как дыхание, для получения энергии и поддержания жизни. Сложные, многоклеточные организмы, такие как человек, полагаются на сложные системы органов, чтобы обеспечить своевременный доступ к необходимым для них молекулам, таким как вода, кислород и органические соединения (белки, углеводы, жиры). Эти материалы должны быть доставлены из окружающей среды внутрь клеток, где они могут быть использованы для нужд организма.

Но помните, что бактерия — это всего лишь простая одноклеточная форма жизни.

Бактерии осуществляют диффузию для переноса важных молекул, таких как вода, газы (кислород и углекислый газ) и некоторые ионы. Это обеспечивает перемещение молекул из областей с высокой концентрацией в области с более низкой концентрацией. Клеточные мембраны облегчают диффузию, позволяя необходимым молекулам проникать внутрь, а отработанным материалам — выходить наружу.

Они также используют определенную энергию для переноса более крупных молекул, таких как глюкоза, в клетки.

Внутри клетки большинство молекул затем распространяются по всей бактерии.

Процесс передачи веществ работает только на микроскопическом уровне, поскольку передача их на большие расстояния требует больших затрат времени. Она очень эффективна для мизерного диапазона размеров от 1 до 10 микрометров, в который попадает большинство бактерий. По мере увеличения размеров организмов соотношение их поверхности к объему уменьшается, оставляя меньше площади поверхности для проведения процесса проникающей среды. Без специализированных структур и органов для транспортировки многоклеточная жизнь погибла бы, ожидая, пока кислород просочится ко всем ее клеткам.

Но каким может быть самый большой микроб?

В кишечнике тропической морской рыбы-хирурга обитает бактерия Epulopiscium fishelsoni, которая является одной из самых крупных известных бактерий. При поразительных размерах в 200-700 микрометров Epulopiscium превосходит большинство своих собратьев по размеру и может быть рассмотрена невооруженным глазом, но она, конечно, не самая большая из них!

У этих бактерий гораздо больше ДНК, чем у других бактерий, и они стратегически рассредоточены вблизи их клеточных мембран. Каждый из их генов действует как специализированная биомолекулярная фабрика, что означает, что метаболиты производятся вблизи мест, где они будут использоваться.

Epulopiscium имеет общие черты со сложными эукариотическими организмами. У них есть специализированные области клетки, которые действуют в ответ на местные стимулы.

Размер никогда не был помехой для Epulopiscium. Они покрыты жгутиками и очень подвижны, что облегчает перемещение питательных веществ, а значит, и распространение. Их среда обитания (кишки рыбы-хирурга) делает эти питательные вещества легкодоступными для них.

В 2022 году биолог Оливье Грос опубликовал свое открытие еще более крупной бактерии — необыкновенной нитевидной Thiomargarita magnifica, которая водится в мангровых зарослях Гваделупы в Карибском бассейне. Видимые невооруженным глазом, эти нитевидные организмы окисляют серу для пропитания и могут достигать сантиметра в длину.

Несмотря на свои размеры, они были классифицированы как бактерии из-за отсутствия сложных органелл, характерных для организмов, стоящих выше по иерархии. Бактерия имеет центральную вакуоль, занимающую 73% ее объема. Этот заполненный водой и нитратами мешок действует как хранилище питательных веществ и прижимает клеточные компоненты близко к клеточной мембране, что обеспечивает отсутствие необходимости в проникновении на большие расстояния.

Вместо того чтобы свободно плавать по клетке, геном T. magnifica хранится в тысячах мембранно-связанных тел. Каждое из этих тел, называемых пепинами, содержит инструкции по построению и метаболизму белков в соответствии с клеточными потребностями. Специфика работы пепинов еще не изучена, но исследователи считают, что они имеют сходство с органеллами эукариотических клеток.

За последние несколько столетий мы прошли путь от незнания о существовании бактерий до изучения огромного количества видов бактерий, которые удивительным образом преодолевают свои физиологические ограничения. Из 8,7 миллионов видов, которые, по оценкам, существуют на Земле, 86% видов все еще ждут открытия, поэтому не будет сюрпризом, если бактерии крупнее T. Magnifica прямо сейчас где-то там, прячась прямо у нас под носом!