- 28,659
- 46
- 8 Ноя 2022
Новая находка в рубце: органелла, которая одновременно производит топливо для метана и защищает его создателей.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Ученые обнаружили внутри желудка коров неизвестную ранее клеточную структуру, которая помогает образовываться метану — одному из самых мощных парниковых газов. Открытие меняет представления о работе микробов в пищеварительной системе жвачных животных и может подсказать новые способы сократить выбросы без вреда для самих животных.
Главный источник метана у коров находится в рубце — первом и самом крупном отделе желудка. Внутри постоянно кипит жизнь: миллионы бактерий, грибов, архей и простейших организмов перерабатывают траву, сено и другой растительный корм. Благодаря такому «биореактору» коровы способны переваривать целлюлозу, недоступную большинству других животных.
Во время брожения образуются углекислый газ и водород. Для большинства обитателей рубца водород — всего лишь побочный продукт, зато для особой группы архей он служит ценным сырьем. Эти микроорганизмы превращают водород и углекислый газ в метан, который затем выходит наружу главным образом с отрыжкой.
По современным оценкам, жвачные животные — коровы, овцы и козы — производят около трети всего атмосферного метана . Вместе с выбросами от свалок и добычи ископаемого топлива газ обеспечил примерно 30 процентов глобального потепления за последние 150 лет. При этом метан разрушается в атмосфере значительно быстрее углекислого газа, поэтому сокращение подобных выбросов может сравнительно быстро замедлить рост температуры на планете.
Именно поэтому ученые пытаются разобраться, какие процессы внутри рубца отвечают за образование метана. Новое исследование, опубликованное в журнале Science, неожиданно привело исследователей к открытию неизвестной ранее органеллы — специализированной структуры внутри клетки. Авторы назвали ее «водородосомой» (hydrogenobody), поскольку она производит водород, необходимый метанообразующим археям.
Открытие стало возможным благодаря крупнейшему на сегодняшний день исследованию геномов простейших, живущих в рубце. Международная группа ученых расшифровала геномы 450 видов инфузорий — одноклеточных организмов, которых раньше изучали значительно меньше, чем бактерии. Для специалистов по микробиологии рубца такой объем данных оказался настоящим прорывом.
Инфузории занимают верхний уровень пищевой цепи внутри рубца. Под микроскопом хорошо заметны многочисленные реснички, покрывающие поверхность клетки. Реснички непрерывно двигаются, захватывают бактерии и направляют добычу к клеточному рту. Такая работа требует большого количества энергии.
Именно здесь исследователи обнаружили необычную особенность. В поисках ферментов, отвечающих за образование водорода, ученые нашли неизвестные разновидности гидрогеназ. Электронная микроскопия показала, что ферменты находятся не в известных органеллах, а в небольших мембранных структурах, расположенных прямо под поверхностью клетки у основания ресничек.
По словам авторов, водородосома соответствует главным признакам полноценной органеллы . Подобно митохондриям или клеточному ядру, она окружена собственной мембраной и выполняет специализированную функцию. Новые органеллы открывают крайне редко, поэтому находка сразу привлекла внимание специалистов по клеточной биологии.
Водородосомы не только вырабатывают водород. Во время работы они также поглощают кислород, поддерживая внутри рубца бескислородную среду. Для метанообразующих архей такие условия жизненно необходимы: кислород подавляет их активность. Получается, новая органелла одновременно снабжает архей сырьем и помогает сохранять благоприятную среду для их существования.
Исследователи заметили и еще одну закономерность. У разных видов инфузорий количество водородосом сильно различается. Особенно много органелл оказалось у крупных инфузорий-изотрих, густо покрытых ресничками. Более мелкие энтодиноморфы содержат значительно меньше подобных структур.
Чтобы проверить, связано ли количество водородосом с выбросами метана, ученые измерили объем газа, который выделяли 100 молочных коров . Затем исследователи сравнили результаты с составом микробиома рубца каждого животного. Оказалось, что коровы, у которых преобладали изотрихи, выделяли заметно больше метана, чем животные с преобладанием энтодиноморф.
Результат подтвердил давнюю гипотезу о важной роли инфузорий в образовании метана. Если раньше связь была лишь статистической, теперь ученые получили возможный биологический механизм, объясняющий, почему разные микробные сообщества производят разное количество парникового газа.
Возникает логичный вопрос: нельзя ли просто избавиться от инфузорий? Попытки предпринимались еще несколько десятилетий назад. Однако полностью удалить простейших из рубца оказалось плохой идеей. Экосистема теряла равновесие, бактерии начинали бесконтрольно размножаться, что приводило к образованию еще большего количества водорода, а иногда и дополнительного метана.
Новое исследование предлагает более точный подход. Вместо уничтожения всех инфузорий можно попытаться воздействовать только на наиболее «метаноопасные» виды либо непосредственно на водородосомы, снабжающие архей водородом. Такой способ потенциально позволит уменьшить выбросы, не нарушая работу всей пищеварительной системы.
Еще одно направление связано с перераспределением водорода. Помимо архей, в рубце живут микроорганизмы, которые тоже способны использовать водород, но не производят при этом метан. Если удастся создать условия, при которых именно такие микробы получат преимущество, часть водорода перестанет превращаться в парниковый газ.
Авторы также считают, что открытие поможет повысить эффективность уже существующих средств борьбы с выбросами. Например, кормовая добавка Bovaer подавляет ферменты, необходимые для образования метана, однако работает не одинаково хорошо у разных животных. Более глубокое понимание процессов внутри рубца может объяснить причины подобных различий и подсказать, как сделать такие препараты эффективнее.
При этом исследователи призывают не торопиться с выводами. Независимые специалисты отмечают, что связь между водородосомами и количеством выделяемого метана еще предстоит подтвердить дополнительными экспериментами. На образование газа влияет множество факторов, включая рацион животных, а информация о кормлении коров в опубликованной работе отсутствует.
Тем не менее открытие уже называют важным шагом вперед. Оно показывает, как процессы внутри микроскопической органеллы способны влиять на состав атмосферы всей планеты. Теперь ученым предстоит разобраться, можно ли использовать новое знание для создания более эффективных способов сокращения выбросов метана без ущерба для животноводства.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Ученые обнаружили внутри желудка коров неизвестную ранее клеточную структуру, которая помогает образовываться метану — одному из самых мощных парниковых газов. Открытие меняет представления о работе микробов в пищеварительной системе жвачных животных и может подсказать новые способы сократить выбросы без вреда для самих животных.
Главный источник метана у коров находится в рубце — первом и самом крупном отделе желудка. Внутри постоянно кипит жизнь: миллионы бактерий, грибов, архей и простейших организмов перерабатывают траву, сено и другой растительный корм. Благодаря такому «биореактору» коровы способны переваривать целлюлозу, недоступную большинству других животных.
Во время брожения образуются углекислый газ и водород. Для большинства обитателей рубца водород — всего лишь побочный продукт, зато для особой группы архей он служит ценным сырьем. Эти микроорганизмы превращают водород и углекислый газ в метан, который затем выходит наружу главным образом с отрыжкой.
По современным оценкам, жвачные животные — коровы, овцы и козы — производят около трети всего атмосферного метана . Вместе с выбросами от свалок и добычи ископаемого топлива газ обеспечил примерно 30 процентов глобального потепления за последние 150 лет. При этом метан разрушается в атмосфере значительно быстрее углекислого газа, поэтому сокращение подобных выбросов может сравнительно быстро замедлить рост температуры на планете.
Именно поэтому ученые пытаются разобраться, какие процессы внутри рубца отвечают за образование метана. Новое исследование, опубликованное в журнале Science, неожиданно привело исследователей к открытию неизвестной ранее органеллы — специализированной структуры внутри клетки. Авторы назвали ее «водородосомой» (hydrogenobody), поскольку она производит водород, необходимый метанообразующим археям.
Открытие стало возможным благодаря крупнейшему на сегодняшний день исследованию геномов простейших, живущих в рубце. Международная группа ученых расшифровала геномы 450 видов инфузорий — одноклеточных организмов, которых раньше изучали значительно меньше, чем бактерии. Для специалистов по микробиологии рубца такой объем данных оказался настоящим прорывом.
Инфузории занимают верхний уровень пищевой цепи внутри рубца. Под микроскопом хорошо заметны многочисленные реснички, покрывающие поверхность клетки. Реснички непрерывно двигаются, захватывают бактерии и направляют добычу к клеточному рту. Такая работа требует большого количества энергии.
Именно здесь исследователи обнаружили необычную особенность. В поисках ферментов, отвечающих за образование водорода, ученые нашли неизвестные разновидности гидрогеназ. Электронная микроскопия показала, что ферменты находятся не в известных органеллах, а в небольших мембранных структурах, расположенных прямо под поверхностью клетки у основания ресничек.
По словам авторов, водородосома соответствует главным признакам полноценной органеллы . Подобно митохондриям или клеточному ядру, она окружена собственной мембраной и выполняет специализированную функцию. Новые органеллы открывают крайне редко, поэтому находка сразу привлекла внимание специалистов по клеточной биологии.
Водородосомы не только вырабатывают водород. Во время работы они также поглощают кислород, поддерживая внутри рубца бескислородную среду. Для метанообразующих архей такие условия жизненно необходимы: кислород подавляет их активность. Получается, новая органелла одновременно снабжает архей сырьем и помогает сохранять благоприятную среду для их существования.
Исследователи заметили и еще одну закономерность. У разных видов инфузорий количество водородосом сильно различается. Особенно много органелл оказалось у крупных инфузорий-изотрих, густо покрытых ресничками. Более мелкие энтодиноморфы содержат значительно меньше подобных структур.
Чтобы проверить, связано ли количество водородосом с выбросами метана, ученые измерили объем газа, который выделяли 100 молочных коров . Затем исследователи сравнили результаты с составом микробиома рубца каждого животного. Оказалось, что коровы, у которых преобладали изотрихи, выделяли заметно больше метана, чем животные с преобладанием энтодиноморф.
Результат подтвердил давнюю гипотезу о важной роли инфузорий в образовании метана. Если раньше связь была лишь статистической, теперь ученые получили возможный биологический механизм, объясняющий, почему разные микробные сообщества производят разное количество парникового газа.
Возникает логичный вопрос: нельзя ли просто избавиться от инфузорий? Попытки предпринимались еще несколько десятилетий назад. Однако полностью удалить простейших из рубца оказалось плохой идеей. Экосистема теряла равновесие, бактерии начинали бесконтрольно размножаться, что приводило к образованию еще большего количества водорода, а иногда и дополнительного метана.
Новое исследование предлагает более точный подход. Вместо уничтожения всех инфузорий можно попытаться воздействовать только на наиболее «метаноопасные» виды либо непосредственно на водородосомы, снабжающие архей водородом. Такой способ потенциально позволит уменьшить выбросы, не нарушая работу всей пищеварительной системы.
Еще одно направление связано с перераспределением водорода. Помимо архей, в рубце живут микроорганизмы, которые тоже способны использовать водород, но не производят при этом метан. Если удастся создать условия, при которых именно такие микробы получат преимущество, часть водорода перестанет превращаться в парниковый газ.
Авторы также считают, что открытие поможет повысить эффективность уже существующих средств борьбы с выбросами. Например, кормовая добавка Bovaer подавляет ферменты, необходимые для образования метана, однако работает не одинаково хорошо у разных животных. Более глубокое понимание процессов внутри рубца может объяснить причины подобных различий и подсказать, как сделать такие препараты эффективнее.
При этом исследователи призывают не торопиться с выводами. Независимые специалисты отмечают, что связь между водородосомами и количеством выделяемого метана еще предстоит подтвердить дополнительными экспериментами. На образование газа влияет множество факторов, включая рацион животных, а информация о кормлении коров в опубликованной работе отсутствует.
Тем не менее открытие уже называют важным шагом вперед. Оно показывает, как процессы внутри микроскопической органеллы способны влиять на состав атмосферы всей планеты. Теперь ученым предстоит разобраться, можно ли использовать новое знание для создания более эффективных способов сокращения выбросов метана без ущерба для животноводства.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
