Любопытные вопросы - 2

 

Источник:

Andreas Berheide via Legion Media

Каким может быть кислород?

У него есть три формы

До недавнего времени науке были известны только две модификации молекул кислорода. Первая — О2 является не чем иным, как кислородом, который все живые организмы используют для дыхания. Такой кислород — самый распространенный элемент на Земле. Он составляет 85% гидросферы, почти половину литосферы, и лишь в атмосфере, где кислород находится в свободном состоянии, он занимает второе место после азота — 23%.

О3 — это озон, который располагается преимущественно в верхних слоях атмосферы и защищает Землю от избыточной радиации. Озон образуется из О2 под действием солнечного излучения или электрического разряда. Он окисляет почти все металлы и большинство других элементов. Допустима лишь очень малая его концентрация, так как озон значительно более ядовит, чем угарный газ. Предельно допустимая концентрация — 0,00001%.

Существование модификации молекулы кислорода, состоящей из четырех атомов, эмпирическим путем было предсказано еще в 1920-е годы. Но получить такой кислород на практике удалось лишь в конце XX века. Для его создания ученые Римского университета заставили взаимодействовать парные молекулы кислорода и положительно заряженные ионы. В результате образовался положительный ион О4. А после добавления к полученному иону электрона была получена нейтральная молекула.

Для доказательства стабильности молекулы 4-атомного кислорода был использован метод спектрометрии, для проведения которого молекулу вновь разделили на ионы, предварительно удалив электрон. Эти вновь полученные частицы полностью соответствовали ионам первоначальной молекулы кислорода. Получение 4-атомного кислорода открывает перспективы для использования его в качестве активного окислителя ракетного топлива, что позволит увеличить вес полезного груза ракеты за счет сокращения массы окислителя.

https://tinyurl.com/47t4ufb3

Кто из живых самый «простой»?

Nanoarchaeum equitans — это единственный официально описанный вид ультрамелких морских архей из типа Nanoarchaeota, открытый в 2002 году немецким микробиологом Карлом Штеттером в гидротермальных источниках у побережья Исландии. Этот организм уникален тем, что является самым маленьким известным паразитическим или симбиотическим микроорганизмом на Земле и обладает одним из самых компактных геномов.

Ключевые биологические особенности

·        Экстремально малый размер: Диаметр клеток N. equitans составляет всего 0,35–0,50 мкм. Объём его клетки в 100 раз меньше, чем у обычной кишечной палочки.

·        Минимальный геном: Кольцевая ДНК содержит всего 490 885 пар нуклеотидов. В геноме полностью отсутствуют гены, отвечающие за синтез аминокислот, нуклеотидов, липидов и коферментов. Более 95% ДНК кодирует белки или стабильные РНК, что делает геном невероятно плотным. [1]

·        Облигатный паразитизм: Из-за неспособности самостоятельно синтезировать базовые органические компоненты, эта архея не может существовать и размножаться в чистой культуре. Она живет исключительно на поверхности клеток-хозяев — термофильных архей рода Ignicoccus (в частности, Ignicoccus hospitalis).

·        Образ жизни: Обычно на одной клетке хозяина прикрепляется от 2 до 4 (иногда больше) «карликовых» клеток N. equitans. Они буквально «оседлывают» хозяина, забирая у него питательные вещества и энергию.

Среда обитания: Является гипертермофилом. Оптимально развивается при температуре около 80 °C в горячих серных источниках на морском дне.]

Официальные англоязычные источники для детального изучения:

·        Научная работа о расшифровке генома в журнале PNAS / PubMed

·        Подробный разбор биологии микроба на MicrobeWiki

·        Обзорная статья на портале ScienceDirect [1, 2, 3]

 

Однако в 2025 году ученые открыли еще более мелкий организм - Sukunaarchaeum mirabile

Candidatus Sukunaarchaeum mirabile — это уникальный микроорганизм из домена архей с рекордно малым геномом размером всего 238 тысяч пар оснований (238 кбп), открытие которого в 2025 году размыло границу между классическими живыми клетками и вирусами. [1, 2]

Находка принадлежит международной группе биологов из Канады и Японии под руководством эволюционного микробиолога Рё Харады (Ryo Harada) из Университета Далхаузи и Такуро Накаямы (Takuro Nakayama) из Университета Цукубы. [1, 2]

---

1. Как было сделано открытие

Ученые обнаружили Sukunaarchaeum случайно во время метагеномного анализа морского планктона, собранного в океане. Они секвенировали ДНК одноклеточной водоросли-динофлагеллята Citharistes regius, известной своими внутренними бактериями-симбионтами. [1, 2]

Среди ожидаемых цепочек генов исследователи наткнулись на странную крошечную кольцевую молекулу ДНК, длина которой составляла всего 5% от размера генома кишечной палочки (E. coli). Поначалу её приняли за артефакт секвенирования, но многократные перепроверки подтвердили: внутри планктона живет совершенно новая, автономно реплицирующаяся клеточная сущность. [1]

Свое название микроорганизм получил в честь Сукуна-бико-на — карликового божества из японской мифологии, а mirabile переводится с латыни как «удивительный» или «чудесный». [1, 2]

---

2. Главные особенности Sukunaarchaeum mirabile

• Отсутствие метаболизма: У этого существа практически полностью удалены гены, отвечающие за выработку энергии, синтез аминокислот, углеводов и витаминов. Он не умеет самостоятельно питаться или дышать. [, 2]
• Чистый репликативный коралл (Replicative Core): Геном содержит всего 189 генов, кодирующих белки. Почти все они сжаты до выполнения одной задачи — копирования собственной ДНК, транскрипции РНК и сборки белков. [, 2, 3]
• Отличие от вирусов: Вирусы не имеют собственного аппарата для синтеза белка. Sukunaarchaeum, напротив, сохранил гены для построения собственных рибосом, транспортных и матричных РНК. То есть структурно это полноценная клетка, но функционально ведущая себя как вирус. [, 2, 3, 4]
• Новая ветвь эволюции: Филогенетический анализ показал, что паразит является не просто «ужавшейся» версией известных микробов, а представляет собой древнюю, глубоко обособленную эволюционную ветвь внутри древа архей, которую выделили в отдельный тип. [1, 2]
• Глобальное присутствие: Проверив общедоступные базы биоинформатических данных (Environmental Sequence Data) со всего мира, авторы открытия обнаружили, что похожие на Sukunaarchaeum фрагменты ДНК массово встречаются в морской воде по всей планете. Эта скрытая экосистема ультрамалых паразитов раньше просто игнорировалась фильтрами оборудования. [1]

Создана субстанция, позволяющая дышать под водой

Фото: Getty Images

Материал может связать в 160 раз больше кислорода, чем содержится в окружающем воздухе

Ученые из Дании создали субстанцию, позволяющую дышать под водой.

Группе исследователей из Университета Южной Дании удалось синтезировать материал, в буквальном смысле забирающий кислород из воздуха и консервирующий его для последующего использования. Материал может связать в 160 раз больше кислорода, чем содержится в окружающем воздухе, сообщает издание Business Insider.

Новая субстанция уже получила название "кристалл Аквамэна" - по имени популярного героя комиксов DC, который, помимо прочих суперспособностей, мог свободно дышать под водой.

Всего одна чайная ложка вещества может забрать кислород из целой комнаты. Этого будет достаточно, например, чтобы дайвер мог погрузиться под воду без тяжелого снаряжения и традиционных баллонов. 

При этом гранулы способны задерживать кислород на максимально необходимое время, чтобы затем использовать его по мере надобности. Кислород высвобождается при нагреве материала или же при понижении давления. В данный момент учёные пытаются извлечь кислород из субстанции с помощью солнечного света.

Ключевой компонент нового материала - органически связанный кобальт. Скорость поглощения зависит от содержания кислорода в атмосфере, а также от температуры, давления и множества других факторов. Процесс забора кислорода из окружающей среды может занимать секунды, минуты, часы или дни. Различные версии вещества могут связывать кислород с разной скоростью.

Важной особенностью нового материала исследователи называют возможность обратной реакции с кислородом. Свойства вещества позволяют связывать, хранить и транспортировать кислород.

По замыслу ученых, полученный уникальный материал сможет помочь дайверам - для одного вдоха достаточно будет всего нескольких гранул вещества. Кроме того, он будет незаменим пациентам с кислородной недостаточностью, которым обычно приходится носить с собой тяжелые кислородные баллоны.

С помощью вещества можно будет сконструировать многослойную маску, которая позволит избежать тяжеловесного оборудования.