Siliciumdiatomer syntetiserer kalcitmikrofibriller • Elena Naimark • Videnskabsnyheder om "Elementer" • Mikrobiologi

Siliceøse diatomer syntetiserer kalcitmikrofibriller

Didymosphenia geminata"border = 0>

Unicellular alger Didymosphenia geminata – En af de få repræsentanter for diatomer, der danner kolonier: Stænglernes længde er 5-10 gange selve cellens størrelse, indesluttet i en kiselholdig skal. Billeder fra quebecpeche.com

kiselalger Didymosphenia geminere danner solide kilometer-tykkelser på bundsubstrater i rene floder og vandløb, hvilket skaber et alvorligt miljøproblem. Miljøfolk har behandlet spørgsmålet om, hvordan disse alger fastgøres på stenene i et hurtigt flydende vand, der starter koloniens begyndelse. I stænglerne af disse diatomer er mikrofibre af calcit til stede ud over amorf silica. Ifølge deres dimensionsmæssige egenskaber svarer de til porerne i den kiselformede skal. Derfor er det logisk at antage, at kalcitmikrofibriller stammer fra disse porer. Forskere har foreslået en sandsynlig mekanisme til deres dannelse på grund af arbejdet i den komplekse carbonanhydrase, en klasse af enzymer, der regulerer reaktionen af ​​opløsning af carbondioxid i vand.

Et team af tyske, polske og russiske forskere under ledelse af Hermann Ehrlich (Hermann Ehrlich) fra Institut for Eksperimentel Fysik fra Freiberg Mining Academy (Tyskland) præsenterede en løsning på en af ​​de moderne miljømæssige mysterier – som en enkeltcellediatom alger Didymosphenia geminata bosætter sig i flodløbet, fastgjort på overfladen af ​​stenene. Denne alge er usædvanlig i mange aspekter: For det første er det enkeltcellet, det er i stand til at danne kolossale aggregater, hvori celler danner forgrenede kolonier; For det andet har den en meget lang stilk, med hjælp som den stiger relativt højt over substratet, men forbliver alligevel fastgjort til den; For det tredje overlever det og trives endda i oligotrofiske farvande med ekstremt lavt indhold af organisk materiale og tilgængelig fosfor. Alle disse egenskaber giver den en stærk dominans – det danner kilometer lange tæpper på sten- og algerjord, hvilket reducerer brugbare arealer til fisk og hvirvelløse dyr.

Efter nylig ankommet i New Zealand, Australien, Chile – og i første omgang Didimo, som miljøforkæmpere kalder det, beboede kun reservoirerne på den nordlige halvkugle – og ganget mange gange i floder og vandløb i det nordlige Canada og Polen, blev det en virkelig økologisk katastrofe. Så miljøforkæmpere er seriøst engageret i sin undersøgelse, især indvielsen af ​​koloniernes vækst.Når alt kommer til alt, hvis en celle er fast, vil den snart give anledning til en ny koloni på grund af den hurtige division.

Miljøforsker Max Boswell (Max Bothwell) demonstrerer det nylige udseende af Didimos-tykkelser på en af ​​vandløbene. Top (Canada). Foto fra duluthnewstribune.com

Hvordan kan en celle fiksere på en sten med en stilk? Det skal bemærkes, at den største biomasse af måtter er skabt netop af stænglerne og de omgivende stilke af den ekstracellulære polysaccharidkappe. Til berøring er denne biomasse mere som våd bomuld end almindelig algeslim. Overraskende nok har denne fornemmelse en veldefineret grund, og det blev afklaret ved at anvende en række mineralogiske og elementære analyser af stilken Didimo.

Det er kendt, at det cellulære skelet af et diatom har en silica-base. Mange amorfe siliciumforbindelser blev fundet i stilken selv, og dette er ikke overraskende ud fra et veletableret silicatceløkonomi. Det er overraskende, at der udover silicium blev fundet et skelet lavet af mikrofibrillakalcit i stilken. Disse mikrofibriller med en diameter på 170-200 nm strækker sig fra porerne i cellestangen langs stilken til overfladen af ​​substratet.Diameterne af porerne svarer til mikrofibrils diameter.

Visualisering af mikrofibriller alger stængel Didymosphenia geminere. Til venstre – Fotoet blev taget med et scanningsmikroskop, mikrofibriller er tydeligt synlige i stilken (længde skala segment 10 mikrometer). Den konjugerede elementale sammensætning af disse mikrofibriller beviser tilstedeværelsen af ​​calciumcarbonat. Til højre – placeringen af ​​mikrofibrillerne (synlige som ædler) i diatomens stamme (malet efter farve) fastgjort på substratet; det ses, at stilken går dybt ind i substratet. Tegninger fra artiklen under drøftelse i Avancerede funktionsmaterialer

Det viser sig, at Didimo kan styre begge typer uorganisk materiale på én gang, silica og calcit. Og hvis ved hjælp af den første den faktiske shell af cellen selv er bygget, så er den anden ansvarlig for eksterne interaktioner. Det styrker stilken, hæver cellen over overfladen af ​​substratet og endog danner mikrokapillarier, i hvilke opløsninger fra substratet stiger til den cellulære skal. Det er calcit, der trænger ind i substratets mikrokavitet, fastgør en celle fast til det, selv under betingelser med hurtigt flydende vand.

Forskere har antydet, at kalcitmikrofibrilceller opstår under cellulær respiration på grund af arbejdet med forskellige carbonanhydrase.Eksterne og interne carbonanhydrase-celler regulerer den reversible reaktion af opløsning af carbondioxid i vand. I løbet af denne reaktion viser protoner, carbonationer og bicarbonationer sig i forskellige proportioner i opløsninger. Alt dette ændrer signifikant surhedsgraden af ​​mediet rundt om cellen, mens nogle carboniske anhydraser skifter surhedsgraden af ​​mediet til den alkaliske side, reducerer antallet af protoner, og andre tværtimod til sure, hvilket øger mængden af ​​bicarbonationer. På grund af arbejdet med kulsyreanhydraser – ved første øjekast at regulere ubetydelig små udsving i miljøforhold omkring mikroskopiske celler – fx imponerende cyanobakterielle stromatolitstrukturer skabes (se: E. V. Kupriyanova, N. A. Pronin, 2011. "Carboanhydrase – et enzym, transformere biosfæren "; den engelske udgave af artiklen Carbonic anhydrase er tilgængelig: Enzym, der har transformeret biosfæren).

I tilfælde af didymo er tilsyneladende koncentrerede carbonanhydraser koncentreret i den apikale side mod substratet af cellen. De samlede det maksimale antal mitokondrier involveret i respirations- og energimetabolisme af cellen. Det er i denne ende, at stilken begynder at vokse.Carbonanhydraser, der går ud gennem porerne, bidrager til en stigning i mediumets surhed, således at substratet opløses i mikrorummet omkring det apikale porefelt. Som et resultat dannes mikrokaviteter i substratet, og derudover dannes et overskud af Ca-ioner. Dette calcium er straks involveret i dannelsen af ​​calcit nanokrystaller, som som celler vokser, trækkes i mikrofibriller. Krystallisering tilvejebringes sandsynligvis af en anden klasse af carbonanhydrase, hvilket øger koncentrationen af ​​bicarbonater i umiddelbar nærhed af porerne selv.

Således blev to spørgsmål på samme tid afklaret – simpelt og komplekst: hvorfor didimime ligner bomuld og hvordan celler fastgøres i den hurtige strøm. En åben mekanisme til fastgørelse af stænglerne Didimo kan hjælpe med at udvikle en strategi til bekæmpelse af væksten. Men foruden økologiske opgaver er denne mekanisme også interessant ud fra synspunktet om at skabe kompositmaterialer. Hvis en algcelle kan klare silicium og kalcium på samme tid, vil højintelligensimitatorer i hvide frakker også kunne skabe noget lignende.

Kilde: Hermann Ehrlich, Mykhailo Motylenko, Pallaoor V. Sundareshwar, Alexander Ereskovsky, Izabela Zgłobicka, Teresa Noga, Tomasz Płocinski, Mikhail V. Tsurkan, Elzbieta Wyroba, Szymon Suski, Henryk Bilski, Marcin Wysokowski, Hartmut Stöcker, Anna Makarova, Denis Vyalikh, Juliane Walter, Serguei L. Molodtsov, Vasilii V. Bazhenov, Iaroslav Petrenko, Enrico Langer, Andreas Richter, Elke Niederschlag, Marcin Pisarek, Armin Springer, Michael Gelinsky, David Rafaja, Andrzej Witkowski, Dirk C. Meyer, Teofil Jesionowski, og Krzysztof J . Kurzydłowski. Multiphase Biomineralization: Enigmatic Invasive Siliceous Diatoms Produce Crystalline Calcite // Avancerede funktionsmaterialer. 2016. DOI: 10.1002 / adfm.201504891.

Om sammensatte biomaterialer se også:
Mineral øje tunikaer bløddyr er i stand til at skelne formen af ​​objektet, "elementer", 2015/11/23.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: