Ціанобактерії: стародавні архітектори, що підкорили світло і азот
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Ціанобактерії, або синьо-зелені водорості, іноді називають найпершими живими істотами на давній Землі. Організми ці досі відрізняються від решти населення планети своїм надзвичайно спрощеним устроєм – вони не мають ядра та статі. Фотосинтез у них, проте, проходить звичайним шляхом – під дією світла вуглекислий газ, що поглинений з повітря, розщеплюється, вуглець засвоюється, а кисень виділяється назад в атмосферу.
Але є у ціанобактерій ще одна важлива властивість — вони прямо поглинають атмосферний азот. Нагадаємо, що азот необхідний у всіх процесах біосинтезу білків та нуклеїнових кислот. Його багато навколо, у повітрі, але ніхто, крім синьо-зелених водоростей, та ще й азотфіксуючих бактерій, у сучасній біосфері не може поглинати його з атмосфери. До складу вищих організмів азот потрапляє тільки через довгі харчові ланцюги організмів, що поїдають один одного, причому на самому початку цих ланцюгів — азотфіксуючі бактерії та ціанобактерії. Цікаво, що виділення кисню та поглинання азоту у синьо-зелених водоростей відбувається, схоже, за принципом «або-або». Це з’ясували у спільних дослідах дослідники. Ось що виходить.
За нормального освітлення ціанобактерії виділяють багато кисню, а азоту поглинають мало. Однак варто підвищити інтенсивність світла, як фотосинтез пригнічується, кисень перестає виділятися, проте азот починає поглинатися в підвищених дозах. Як це розуміти? Тут, можливо, варто згадати, що в умовах безкисневої атмосфери древньої Землі предки синьо-зелених зазнавали інтенсивного опромінення сонячною радіацією. Результатом їхньої діяльності того періоду послужило, по-перше, накопичення зв’язаного азоту — джерела живлення майбутніх високоорганізованих форм живого, і, по-друге, постільне виділення кисню в атмосферу та пов’язане з цим ослаблення інтенсивності сонячного світла. А ціанобактерії, мабуть, у будь-який момент готові повернутися до колишнього життя в безкисневому середовищі, тому самому, яке було у них в археї.