Магнитотаксис

Магнитотаксис — это процесс, осуществляемый разнообразной группой грамотрицательных бактерий , который включает ориентацию и координацию движения в ответ на магнитное поле Земли. ^[1] Этот процесс в основном осуществляется микроаэрофильными и анаэробными бактериями, обитающими в водной среде, такой как солончаки, морская вода и пресноводные озера. ^[2] Чувствуя магнитное поле, бактерии могут ориентироваться в средах с более благоприятной концентрацией кислорода. Такая ориентация на более благоприятные концентрации кислорода позволяет бактериям быстрее достигать этих сред, в отличие от случайного движения посредством броуновского движения . ^[3]

Обзор

Магнитные бактерии (например, Magnetospirillum Magneticotacticum ) содержат внутренние структуры, известные как магнитосомы , которые отвечают за процесс магнитотаксиса. Ориентируясь на магнитное поле с помощью магнитосом, бактерии с помощью жгутиков плывут вдоль магнитного поля в сторону более благоприятной среды. ^[4] Магнитотаксис не влияет на среднюю скорость бактерий. ^[3] Однако магнитотаксис позволяет бактериям направлять свое случайное движение. На практике этот процесс похож на аэротаксис , но регулируется магнитными полями, а не концентрацией кислорода. ^[5] Магнитотаксис и аэротаксис часто функционируют вместе, поскольку бактерии могут использовать как магнитотаксис, так и аэротаксис для определения правильной концентрации кислорода. Это называется магнитоаэротаксис. ^[6] Ориентируясь к полюсам Земли, морские бактерии способны направить свое движение вниз, к анаэробным/микроаэробным отложениям. Это позволяет бактериям изменять метаболическую среду, что может активировать химические циклы. ^[7]

Магнитосомы

Магнитосомы содержат кристаллы — часто магнетита (Fe ₃ O ₄ ). ^[8] Некоторые экстремофильные бактерии из сернистых сред были выделены с помощью грейгита (сульфидного соединения железа Fe ₃ S ₄ ). ^[9] Некоторые магнитотактические бактерии содержат также кристаллы пирита (FeS ₂ ), возможно, как продукт трансформации грейгита . ^[10] Эти кристаллы содержатся внутри двухслойной мембраны, называемой мембраной магнитосомы, которая покрыта специфическими белками. Существует множество различных форм кристаллов. Форма кристаллов обычно одинакова для одного вида бактерий. ^[2] Наиболее распространенным расположением магнитосом является цепочка, что позволяет максимальный магнитный дипольный момент. создать ^[1] Внутри бактерий может существовать множество цепочек магнитосом разной длины, которые имеют тенденцию выстраиваться вдоль длинной оси бактериальной клетки. ^[4] Дипольный момент, создаваемый цепочками магнитосом, позволяет бактериям выравниваться по магнитному полю во время их движения. ^[1] После гибели магнитных бактерий они способны ориентироваться в магнитном поле Земли, но не способны мигрировать по полю. ^[4]

Полушария и магнитные поля

В северном полушарии бактерии, ищущие север, движутся вниз к отложениям (параллельно магнитному полю). В южном полушарии доминируют бактерии, ищущие юг, которые движутся вниз к осадку (антипараллельно магнитному полю). ^[6] Первоначально ученые считали, что бактерии, ищущие юг, будут двигаться вверх в северном полушарии, к очень высоким концентрациям кислорода. Это отрицательно отберет бактерии, ищущие юг; так что ищущие север бактерии доминируют в северном полушарии, и наоборот. Однако в северном полушарии были обнаружены бактерии, ищущие юг. Кроме того, магнитные бактерии, ищущие как север, так и юг, обнаружены даже на магнитном экваторе Земли, где поле направлено горизонтально. ^[1]

См. также

Примечания и ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Лефевр, Коннектикут; Базылинский, Д.А. (4 сентября 2013 г.). «Экология, разнообразие и эволюция магнитотаксических бактерий» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 77 (3): 497–526. дои : 10.1128/MMBR.00021-13 . ПМЦ 3811606 . ПМИД 24006473 .
^ Jump up to: ^а ^б Ян, Лей; Чжан, Шуан; Чен, Пэн; Лю, Хэтао; Инь, Хуаньхуань; Ли, Хунъюй (октябрь 2012 г.). «Магнитотактические бактерии, магнитосомы и их применение» . Микробиологические исследования . 167 (9): 507–519. дои : 10.1016/j.micres.2012.04.002 . ПМИД 22579104 .
^ Jump up to: ^а ^б Смит, MJ; Шихан, ЧП; Перри, LL; О'Коннор, К.; Чонка, Л.Н.; Эпплгейт, БМ; Уитмен, LJ (август 2006 г.). «Количественная оценка магнитного преимущества в магнитотаксисе» . Биофизический журнал . 91 (3): 1098–1107. Бибкод : 2006BpJ....91.1098S . дои : 10.1529/biophysj.106.085167 . ПМЦ 1563769 . ПМИД 16714352 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Франкель, Ричард Б. (2003). «Биологические постоянные магниты» . Сверхтонкие взаимодействия . 151 (1): 145–153. Бибкод : 2003HyInt.151..145F . doi : 10.1023/B:HYPE.0000020407.25316.c3 . S2CID 41997803 .
^ Беннет, Матье А.; Эдер, Стефан Гонконг (5 июля 2016 г.), Фавр, Дэмиен (редактор), «Магниторецепция и магнитотаксис» , оксиды железа (1-е изд.), Wiley, стр. 567–590, doi : 10.1002/9783527691395.ch22 , ISBN 978-3-527-33882-5 , получено 24 апреля 2022 г.
^ Jump up to: ^а ^б Энциклопедия микробиологии . Моселио Шехтер (3-е изд.). [Амстердам]: Эльзевир. 2009. ISBN 978-0-12-373944-5 . OCLC 399645273 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
^ Ли, Цзиньхуа; Лю, Пейю; Ван, Цзянь; Робертс, Эндрю П.; Пан, Юнсинь (декабрь 2020 г.). «Магнитотаксис как адаптация, позволяющая бактериальному перемещению микробной серы и круговороту серы через водные окси-аноксические границы раздела» . Журнал геофизических исследований: Биогеонауки . 125 (12). Бибкод : 2020JGRG..12506012L . дои : 10.1029/2020JG006012 . ISSN 2169-8953 . S2CID 228886950 .
^ Лоуэр, Брайан Х.; Базылински, Деннис А. (2013). «Бактериальная магнитосома: уникальная прокариотическая органелла» . Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 23 (1–2): 63–80. дои : 10.1159/000346543 . ISSN 1660-2412 . ПМИД 23615196 . S2CID 25856024 .
^ Дюсенбери, Дэвид Б. (2009). Жизнь на микроуровне: неожиданная физика маленького размера . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета. ISBN 9780674031166 .
^ Манн, Стивен; Спаркс, Николас ХК; Франкель, Ричард Б.; и др. (1990). «Биоминерализация ферримагнитного грейгита (Fe ₃ S ₄ ) и железного пирита (FeS ₂ ) в магнитотактической бактерии» . Природа . 343 (6255) (опубликовано 18 января 1990 г.): 258–261. Бибкод : 1990Natur.343..258M . дои : 10.1038/343258a0 . S2CID 4351424 .

Дальнейшее чтение

Оденвальд, Стен (15 марта 2002 г.). 23-й цикл . Издательство Колумбийского университета. стр. 57–62 . ISBN 978-0231120791 .

Внешние ссылки

Магнитотаксис у бактерий
Действительно ли животные используют магнетизм каким-нибудь интересным способом для навигации? (Астрономическое кафе)

[one-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Лефевр, Коннектикут; Базылинский, Д.А. (4 сентября 2013 г.). «Экология, разнообразие и эволюция магнитотаксических бактерий» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 77 (3): 497–526. дои : 10.1128/MMBR.00021-13 . ПМЦ 3811606 . ПМИД 24006473 .

[three-2] Jump up to: ^а ^б Ян, Лей; Чжан, Шуан; Чен, Пэн; Лю, Хэтао; Инь, Хуаньхуань; Ли, Хунъюй (октябрь 2012 г.). «Магнитотактические бактерии, магнитосомы и их применение» . Микробиологические исследования . 167 (9): 507–519. дои : 10.1016/j.micres.2012.04.002 . ПМИД 22579104 .

[four-3] Jump up to: ^а ^б Смит, MJ; Шихан, ЧП; Перри, LL; О'Коннор, К.; Чонка, Л.Н.; Эпплгейт, БМ; Уитмен, LJ (август 2006 г.). «Количественная оценка магнитного преимущества в магнитотаксисе» . Биофизический журнал . 91 (3): 1098–1107. Бибкод : 2006BpJ....91.1098S . дои : 10.1529/biophysj.106.085167 . ПМЦ 1563769 . ПМИД 16714352 .

[two-4] Jump up to: ^а ^б ^с Франкель, Ричард Б. (2003). «Биологические постоянные магниты» . Сверхтонкие взаимодействия . 151 (1): 145–153. Бибкод : 2003HyInt.151..145F . doi : 10.1023/B:HYPE.0000020407.25316.c3 . S2CID 41997803 .

[5] Беннет, Матье А.; Эдер, Стефан Гонконг (5 июля 2016 г.), Фавр, Дэмиен (редактор), «Магниторецепция и магнитотаксис» , оксиды железа (1-е изд.), Wiley, стр. 567–590, doi : 10.1002/9783527691395.ch22 , ISBN 978-3-527-33882-5 , получено 24 апреля 2022 г.

[:0-6] Jump up to: ^а ^б Энциклопедия микробиологии . Моселио Шехтер (3-е изд.). [Амстердам]: Эльзевир. 2009. ISBN 978-0-12-373944-5 . OCLC 399645273 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )

[7] Ли, Цзиньхуа; Лю, Пейю; Ван, Цзянь; Робертс, Эндрю П.; Пан, Юнсинь (декабрь 2020 г.). «Магнитотаксис как адаптация, позволяющая бактериальному перемещению микробной серы и круговороту серы через водные окси-аноксические границы раздела» . Журнал геофизических исследований: Биогеонауки . 125 (12). Бибкод : 2020JGRG..12506012L . дои : 10.1029/2020JG006012 . ISSN 2169-8953 . S2CID 228886950 .

[8] Лоуэр, Брайан Х.; Базылински, Деннис А. (2013). «Бактериальная магнитосома: уникальная прокариотическая органелла» . Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 23 (1–2): 63–80. дои : 10.1159/000346543 . ISSN 1660-2412 . ПМИД 23615196 . S2CID 25856024 .

[five-9] Дюсенбери, Дэвид Б. (2009). Жизнь на микроуровне: неожиданная физика маленького размера . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета. ISBN 9780674031166 .

[10] Манн, Стивен; Спаркс, Николас ХК; Франкель, Ричард Б.; и др. (1990). «Биоминерализация ферримагнитного грейгита (Fe ₃ S ₄ ) и железного пирита (FeS ₂ ) в магнитотактической бактерии» . Природа . 343 (6255) (опубликовано 18 января 1990 г.): 258–261. Бибкод : 1990Natur.343..258M . дои : 10.1038/343258a0 . S2CID 4351424 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]