Znajdź zawartość

Sinice Arthrospira platensis mogą być dobrym zastępnikiem pyłku w żywieniu uzupełniającym pszczół miodnych. Tak jak pyłek, zawierają sporo niezbędnych aminokwasów, a także różnorodne lipidy funkcjonalne, np. fosfolipidy i sterole. Słabe odżywienie jest często czynnikiem leżącym u podłoża utraty kolonii. Dzieje się tak, gdyż niedożywienie nasila negatywny wpływ pasożytów, patogenów czy pestycydów na pszczoły. Specjaliści dodają, że uszczuplić źródła pyłku mogą utrata habitatu, spadek różnorodności roślin i monokultury. Vincent Ricigliano i Michael Simone-Finstrom z Agricultural Research Service (ARS) wykazali, że A. platensis ma podobny profil odżywczy, co pyłek. Naukowcy odkryli, że spirulina (gatunki z rodzaju Arthrospira funkcjonują pod potoczną nazwą spirulina) jest bogata w aminokwasy niezbędne i potrzebne pszczołom lipidy. Autorzy raportu z pisma Apidologie przeprowadzili porównania zawartości aminokwasów w pyłku zebranym przez pszczoły, zastępniku pyłku, a także w spirulinie w proszku i wyhodowanych (świeżo zebranych) sinicach. Oprócz tego zastosowali analizę lipidomiczną. Co istotne, akademicy potwierdzili, że sinice działają prebiotycznie i że za ich pomocą można by oddziaływać na liczebność i metabolizm dobrych bakterii. By odżywić kolonie w czasie niedoboru pyłku, pszczelarze wykorzystują niekiedy zastępniki pyłku. Dostępne w handlu wysokobiałkowe substytuty pyłku tworzone są np. na bazie mąki sojowej czy szczepów drożdży piwowarskich. Niestety, żaden z tych uzupełniających pokarmów nie zastępuje całkowicie naturalnego pyłku, dlatego potrzeba naukowej poprawy skuteczności substytutów pyłku wydaje się zasadnicza dla współczesnego pszczelarstwa. Powinniśmy przy tym myśleć, jak to zrobić w przyjazny dla środowiska sposób - podkreśla Ricigliano. Sinice dałoby się hodować na dużą skalę z minimalną ilością wody i dodatków, także tam, gdzie uprawa soi i innych roślin jest niemożliwa. Wszystko, czego nam trzeba, to płytkie zbiorniki, sole mineralne i światło słoneczne [...]. Obecnie naukowcy testują dietę sinicową w terenie, by upewnić się, czy jest atrakcyjna dla pszczół i wspiera wzrost kolonii. « powrót do artykułu

Sinice z pustyni Atakama, która jest jednym z najsuchszych obszarów na świecie, ekstrahują wodę z minerałów. Dzięki temu mogą przetrwać w tym surowym środowisku. Wyniki badań amerykańskiego zespołu ukazały się w piśmie PNAS. Naukowcy od dawna podejrzewali, że mikroorganizmy mogą umieć ekstrahować wodę z minerałów, ale po raz pierwszy udało się to zademonstrować - podkreśla prof. Jocelyne DiRuggiero z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. Ekipa z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa oraz Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine oraz Riverside skupiła się na sinicach Chroococcidiopsis, które występują na pustyniach na całym świecie, i na gipsie - uwodnionym siarczanie wapnia. Kolonizujące mikroorganizmy bytują pod cienką warstwą minerału, która chroni je przed skrajnymi temperaturami panującymi na pustyni Atakama, a także przed silnym wiatrem i palącym słońcem. DiRuggiero wybrała się na pustynię, by pobrać próbki gipsu. Zabrała je do laboratorium, pocięła na mniejsze fragmenty, w których można było znaleźć mikroorganizmy i przesłała je do analizy materiałowej do prof. Davida Kisailusa. Okazało się, że sinice ekstrahują wodę i wywołują przemianę fazową gipsu do anhydrytu (bezwodnego siarczanu wapnia). W kolejnym etapie badań Amerykanie pozwolili sinicom kolonizować próbki gipsu 1) w obecności wody (co miało oddawać środowisko o dużej wilgotności) i 2) w sytuacji jej braku. Stwierdzono, że w obecności wilgoci gips nie ulegał przemianie do anhydrytu. Sinice nie potrzebowały wody z minerału, bo pozyskiwały ją z otoczenia. Kiedy jednak są poddawane stresowi, nie mają wyboru i muszą ekstrahować wodę z gipsu, wywołując przemianę fazową minerału - opowiada Kisailus. Za pomocą metod mikroskopowo-spektroskopowych akademicy ustalili, że sinice wwiercają się w minerał jak mali górnicy; tworzy się biofilm zawierający kwasy organiczne. Wei Huang zauważył, że sinice wykorzystywały kwasy, by penetrować minerał w określonych kierunkach krystalograficznych - tylko wzdłuż płaszczyzn, gdzie łatwiej dostać się do wody. Czy to oznacza, że na Marsie [który przypomina pustynię Atakama] istnieje życie? Nie umiemy powiedzieć, ale uzyskane wyniki dają nam pojęcie, jak sprytne mogą być mikroorganizmy - podkreśla DiRuggiero. « powrót do artykułu

Od stycznia do 14 kwietnia w San Francisco działa pierwsze na świecie Obserwatorium Astronomiczne dla Organizmów Jednokomórkowych. Sinice w szalkach Petriego ustawiono na ekranie, na którym wyświetlany jest przekaz z teleskopu Hubble'a. Instalacja artysty konceptualnego Jonathona Keatsa stanowi część większej wystawy "Vast and Undetectable", zorganizowanej w Arts Commission Gallery. Trafiły na nią także modele śluzic czy "odciski" klastrów gwiazd. Jak zauważył sam twórca, w nowo powstałej Akademii Nauk Mikrobów pracuje ponad miliard niezależnych badaczy. Keats podkreśla, że dotąd nauka była zdominowana przez jeden gatunek - człowieka. Choć nasze osiągnięcia intelektualne na pewno były i są wyjątkowe, pozostajemy ograniczeni budową mózgu. Filozof eksperymentalny dywaguje, że Homo sapiens może nie być w stanie zrozumieć wszechświata na podstawowym poziomie i inne gatunki lepiej nadają się do realizacji tego zadania. Stąd pomysł, że sinice zdołają w jakiś tajemniczy sposób pogodzić kosmiczny i kwantowy punkt widzenia. Czemu Keats wykorzystał właśnie sinice? Założył, że ze względu na zdolność do fotosyntezy organizmy te są w stanie wykryć światło gwiazd.

Sinice występują na Ziemi już od 3,4 mld lat. Przed katastrofą tlenową sprzed 2,4 mld lat były narażone na silne promieniowanie ultrafioletowe, a mimo to przeżyły, stąd pomysł naukowców, by wykorzystać wytwarzane przez nie substancje w kosmetykach z filtrem słonecznym. Sinice są samożywne (prowadzą fotosyntezę). Zanim powstało wystarczająco dużo tlenu, by utworzyła się warstwa ozonowa, organizmy te musiały sobie jakoś radzić z silnym promieniowaniem UV. Współczesne sinice zabezpieczają się za pomocą pełniących rolę filtra małocząsteczkowych mikrosporyn oraz ich pochodnych MAA (od ang. mycosporine-like amino acids). Absorbują one szkodliwe promienie. W ramach wcześniejszych studiów zajmowano się budową wymienionych wyżej związków oraz organizmami, które je wytwarzają bądź akumulują. Ustalono na przykład, że MAA są małymi, bezbarwnymi związkami. Nikt nie miał jednak pojęcia, jak przebiega proces wytwarzania tych naturalnych substancji o działaniu promieniochłonnym. Dlatego też Emily Balskus i Christopher Walsh z Harvardzkiej Szkoły Medycznej w Bostonie podjęli się znalezienia genów i enzymów biorących udział w syntezie. Amerykanom udało się wytypować klaster genowy, kodujący biofiltry u pewnego gatunku sinic Anabaena variabilis. Aby przetestować odkryte geny, wprowadzono je do E. coli. Normalnie bakterie te nie wytwarzają filtrów, gdy się więc pojawiły, wiadomo było, że para naukowców od początku postawiła na właściwy klaster. Później Balskus i Walsh stwierdzili, że za syntezę MAA odpowiadają cztery enzymy. W skład każdej cząsteczki MAA wchodzą dwa aminokwasy, połączone z centralną grupą organiczną. To te wiązania determinują, jaka długość fali ulega absorpcji i jaki jest jej współczynnik (jaka ilość promieniowania podlega pochłanianiu). Dwa rodzaje MAA – szynorynę i porfirę-334 – uwzględniono już w recepturze kosmetyku o nazwie Helioguard 365. Jest on produkowany przez szwajcarską firmę Mibelle Biochemistry. Tutaj jednak potrzebne związki pozyskiwano ze szkarłatnic (Porphyra), czyli rodzaju krasnorostów morskich, a Amerykanie chcą opracować własne metody pozyskiwania oryginalnych substancji bądź ich analogów. Jeszcze nie wiemy, czy biologiczne filtry będą lepsze od tych wymyślonych przez człowieka, ponieważ Helioguard jest stosunkowo nowym produktem. [Nie da się jednak zaprzeczyć], że mają one właściwości fotochemiczne pożądane w preparatach przeciwsłonecznych – podsumowuje Balskus. Maksimum absorpcji obydwu MAA wynosi 334 nm, stąd ich zastosowanie w blokowaniu promieniowania UVA.

Chlorofil - związek chemiczny pozwalający roślinom (a także glonom i niektórym bakteriom) na czerpanie energii w procesie fotosyntezy można uznać za podstawę istnienia życia na Ziemi w ogóle. Dlatego odkrycie nowego, nieznanego typu chlorofilu jest wydarzeniem w biologii. Dotychczas znano cztery rodzaje chlorofilu. Najbardziej rozpowszechnione są chlorofil A i B, znajdowane u roślin zielonych. Oba te typy chlorofilu pochłaniają głównie światło widzialne w zakresie niebieskim (około 465 nanometrów) oraz żółtopomarańczowym/czerwonym (665 nm), odbijając światło zielone (stąd bierze się zielony dla nas kolor roślinności). Chlorofil C i D znajdowany jest u mniej licznych organizmów, głównie u glonów. Rodzaj C pochłania światło podobnie do A i B, z trochę przesuniętym spektrum, zaś D głównie czerwone (697 nm). Nową odmianę chlorofilu, nazwaną „F", odkryto w stromatolitowych skałach basenu Hamelin, w Zatoce Rekina w zachodniej Australii. Ponieważ znaleziono go w ekstraktach z osadów dennych, nie jest jeszcze pewne, jakie organizmy go wytwarzają, wg Mina Chena, biologa molekularnego na University of Sydney, który dokonał odkrycia, najbardziej prawdopodobnym ich twórcą są nitkowate cyjanobakterie, czyli sinice. Największą jednak sensacją jest to, że chlorofil F absorbuje światło o długości nieużytkowanej przez inne organizmy. Wykorzystuje on promieniowanie tuż spoza czerwonego końca widma widzialnego, czyli bliską podczerwień. To zmienia całkowicie pojęcie o możliwościach chlorofilu. Co ciekawe, budową niewiele różni się od znanych odmian chlorofilu i prawdopodobnie jest wykorzystywany przez organizmy żyjące nisko, w miejscach, gdzie pozostałe spektrum światła jest już pochłonięte przez konkurencję. Naukowcy snują już plany praktycznego wykorzystania odkrycia. Chcą przy pomocy inżynierii genetycznej wprowadzić chlorofil F do wybranych gatunków glonów, tak udoskonalone, absorbowałyby większą część spektrum światła i były znacznie wydajniejszymi producentami na przykład biopaliw.

Naukowcy z University of Tennessee opracowali prostą i potencjalnie użyteczną metodę wytwarzania wodoru, opartą o wykorzystanie cyjanobakterii (sinic). Wydajność nowej technologii syntezy tego gazu, uznawanego za jedno z potencjalnych paliw przyszłości, osiąga wartość 25-krotnie wyższą od metod wykorzystywanych obecnie. Sercem reaktora pozwalającego na wytwarzanie wodoru (H2) jest fotosystem I (PS I) - wielocząsteczkowy kompleks obecny w komórkach sinic, ale także roślin i organizmów zaliczanych do glonów. W normalnych warunkach bierze on udział w fotosyntezie, lecz dzięki odizolowaniu od części elementów współodpowiedzialnych za ten proces możliwe było wykorzystanie jego aktywności do wytwarzania wodoru. Aby umożliwić wytwarzanie czystego H2, zespół Barry'ego Bruce'a wyizolował kompleksy PS I z komórek sinic i połączył je z nanocząstkami platyny. Tak przygotowany katalizator umieszczono w przezroczystym pojemniku, po czym do jego roztworu dodano cząsteczki cytochromu c6 - innego białka biorącego udział w wytwarzaniu nośników energii chemicznej. Substratem do syntezy cząsteczek wodoru są elektrony uwalniane podczas utleniania cytrynianu sodu - związku łatwego do uzyskania w procesach biotechnologicznych. Po uwolnieniu elektrony są przechwytywane przez cytochrom c6, a następnie przekazywane do kompleksów PS I i platyny, które pobierają z otaczającego je roztworu jony wodorowe (H+), a następnie, wykorzystując energię pozyskaną ze światła słonecznego, łączą je z elektronami. Produktem tego procesu są cząsteczki H2 - ważnego surowca chemicznego oraz nośnika energii mogącego znaleźć zastosowanie m.in. w przemyśle i motoryzacji. Największą zaletą nowej metody jest jej wydajność, osiągająca poziom 25-krotnie wyższy, niż w przypadku technologii stosowanych dotychczas. Jest to możliwe dzięki wyselekcjonowaniu ciepłolubnych sinic jako źródła PS I. Kompleksy te mogą działać nawet w temperaturze 55°C, co pozwala na znaczne zwiększenie szybkości zachodzących reakcji. Czy to wystarczy, by wodór stał się podstawowym paliwem niedalekiej przyszłości? Dowiemy się tego za kilka lat.

W organizmie człowieka wiele procesów życiowych, m.in. sen, produkcja hormonów czy regulacja temperatury ciała, przebiega w rytmie dobowym. Te genetycznie zaprogramowane wzorce działają nawet pod nieobecność następujących po sobie dni i nocy, a występują u niemal wszystkich organizmów. Naukowcy z MIT-u i Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) odkryli ostatnio, że u sinic rytmy dobowe określają tempo podziałów komórkowych. Sinice, zwane również cyjanobakteriami, prowadzą fotosyntezę, dlatego są bardziej aktywnie w ciągu dnia, a nocą przechodzą fazę spoczynku. U organizmów wielokomórkowych podział komórek jest niezbędny dla odnowy i naprawy uszkodzeń, ale niekontrolowane namnażanie prowadzi do nowotworów. Z tego powodu zrozumienie, jak komórki się dzielą, ma fundamentalne znaczenie – tłumaczy Susan Golden, profesor biologii molekularnej z UCSD. Dwanaście lat temu Golden i inni zidentyfikowali u sinic 3 białka regulujące zegar biologiczny. Istniały pewne dowody, że rytm okołodobowy kontroluje podziały komórkowe, ale nie było wiadomo, jaki dokładnie charakter ma ta zależność. Obecnie zespół pracujący pod kierownictwem prof. Alexandra van Oudenaardena z MIT-u stwierdził, że w stałym świetle o umiarkowanym natężeniu cyjanobakterie dzielą się średnio raz dziennie, a podziały mają miejsce głównie w połowie 24-godzinnego cyklu. Naukowcom udało się przyspieszyć dzielenie, wzmagając intensywność oświetlenia. W takich warunkach komórki nasilały fotosyntezę, co pozwalało im uzyskać większą ilość energii. Zaczynały się dzielić częściej, ale nadal w powiązaniu z zegarem biologicznym: w jednej czwartej i trzech czwartych cyklu. Amerykanie zauważyli, że we wszystkich warunkach po ok. 19 godzinach sinice wchodziły w fazę spoczynku. Akademicy przez tydzień śledzili rytmy dobowe pojedynczych komórek. Udało się to dzięki oznaczeniu protein zarządzających zegarem biologicznym żółtym fluorescencyjnym białkiem. W ten sposób w 24-godzinnym cyklu można było ustalić pozycję każdej komórki. Dodatkowo co 40 min komórki fotografowano, naukowcy wiedzieli więc, kiedy się dzieliły. Technika monitorowania pojedynczych komórek pozwoli w przyszłości ujawnić związki między rytmem okołodobowym a innymi cyklicznymi procesami komórkowymi, np. metabolizmem. Prof. Golden planuje dalsze eksperymenty na sinicach, jednak van Oudenaarden wspomina także o drożdżach i komórkach ludzkich. Wcześniej profesorski tandem opisał mechanizm molekularny, za pośrednictwem którego białka zegara biologicznego cyjanobakterii (KaiA, KaiB i KaiC) kontrolują cykl komórkowy. Okazało się, że regulują one aktywność czwartego białka FtsZ, nie dopuszczając do jego przemieszczania w okolice płaszczyzny równikowej i utworzenia pierścienia.

Zakwity cyjanobakterii mogą prowadzić do wytworzenia neurotoksyn i zatrucia łańcucha pokarmowego. Skutkują też znacznym obniżeniem zawartości tlenu rozpuszczonego w wodzie. Niełatwo z nimi walczyć, ale naukowcy z University of Hull poradzili sobie z problemem za pomocą ultradźwięków (Applied Acoustics). Podobną metodę testowano już wcześniej, ale uzyskiwano mieszane rezultaty. Michiel Postema i zespół uważają, że wynikało to z niewłaściwego podejścia. Brytyjczycy sądzą, że ultradźwięki oddziałują na heterocyty – komórki wyspecjalizowane w wiązaniu azotu z atmosfery. Gaz ten pozwala sinicom unosić się na powierzchni. Pod wpływem ultradźwięków azot zaczyna rezonować, a przy dużej częstotliwości dochodzi do rozsadzenia komórki. Koniec końców bakterie zwyczajnie toną, a bez dostępu do światła nie mogą prowadzić fotosyntezy. Brytyjski zespół skoncentrował się na Anabaena sphaerica – szczególnie szkodliwych sinicach, które u stykających się z nimi ludzi wywołują choroby układu oddechowego i nowotwory wątroby. Potraktowano je ultradźwiękami o 3 częstotliwościach. Mimo że wszystkie były skuteczne w jakimś stopniu, najlepiej sprawdzały się dźwięki o częstotliwości ok. 1 megaherca. Tego się zresztą spodziewano po wyliczeniu częstotliwości rezonansowej dla heterocytu o średnicy 6 mikrometrów. Opisana metoda usuwania zakwitów wydaje się bardzo bezpieczna dla ekosystemów. Ultradźwięki można by dostrajać do określonych gatunków, ponieważ ich częstotliwość rezonansowa różni się ze względu na niejednakowe rozmiary. Co więcej, rośliny wypełnione wodą nie ulegałyby uszkodzeniu, ponieważ są one stosunkowo niepodatne na oddziaływania fal ciśnieniowych.

Jaki jest idealny sposób na zdobycie "monopolu" na zamieszkiwanie na określonym obszarze? Wyjątkowo dobrym pomysłem wydaje się być dostosowanie się do przeżycia przy ogromnym niedoborze substancji odżywczej uznawanej za jedną z najważniejszych dla organizmów żywych. Właśnie to uczyniły gatunki żyjące w wyjątkowo niegościnnych wodach Morza Sargassowego. Odkrycia dokonali naukowcy z Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), prywatnego instytutu zajmującego się badaniami oceanograficznymi. Jak donoszą odkrywcy, zaobserwowane przez nich komórki wykazują cechy świadczące o doskonałym dostosowaniu do warunków skrajnie obniżonej zawartości fosforu i azotu w wodzie. Odnalezione w Morzu Sargassowym organizmy należą do kokolitoforów oraz okrzemek, jednokomórkowych składników planktonu roślinnego. Jak twierdzą naukowcy z WHOI, błony komórkowe tych glonów są pozbawione fosfolipidów - związków z grupy tłuszczowców, uznawanych dotąd za niezbędny składnik tych struktur. Zamiast tego, organizmy te wytwarzają lipidy bogate w betainę - związek o strukturze zbliżonej do jednego z aminokwasów wchodzących w skład białek, lecz niezawierający fosforu. Pozwala to na bardzo istotne ograniczenie zapotrzebowania na ten pierwiastek, który w wodach Morza Sargassowego dostępny jest w wyjątkowo niewielkich ilościach. Gdy wydawało się, że dokonano przełomowego odkrycia, okazało się, że... ewolucja zaszła jeszcze dalej. Okazało się bowiem, że jeszcze lepiej dostosowane do niedostatku podstawowych składników są sinice (cyjanobakterie) - organizmy zdolne do przeprowadzania fotosyntezy, lecz zaliczane ze względu na budowę komórek do królestwa bakterii. Jak wykazały badania, budowa błon komórkowych sinic jest jeszcze prostsza, niż u kokolitoforów i okrzemek. Zamiast zawierającej azot betainy, cząsteczki lipidów otaczające ich komórki powstają przy udziale związku zwanego SQDG, zawierającego siarkę. Pozwala to cyjanobakteriom nie tylko na przeżycie przy obniżonej zawartości fosforu, lecz także na ominięcie kolejnego poważnego ograniczenia, jakim jest skrajnie niskie stężenie azotu. Zdolność do życia w środowisku niemal całkowicie pozbawionym związków azotu i fosforu, dwóch pierwiastków uznawanych za podstawowe budulce żywych komórek, zapewnia sinicom niezwykłą przewagę w ewolucyjnym wyścigu o zasoby środowiska. Zdaniem jednego z autorów odkrycia, Benjamina van Mooya, zebrane informacje mogą odegrać istotną rolę w badaniach nad funkcjami życiowymi planktonu i całych ekosystemów morskich. Jedyny problem mają teraz autorzy podręczników biologii, którzy muszą napisać od nowa przynajmniej niektóre rozdziały swoich dzieł...