Исследование влияния магнитного поля на удельную скорость

Исследование влияния магнитного
поля на удельную скорость
ассимиляции карбонатного углерода
Pseudomonas fluorescens ВКМ В-2170
Анисимов С.В., Гапеев А.К.,
Гапеева М.В., Копылов А.И., Крылова И.Н., Масленникова Т.С.,
Абашина Т.Н., Арискина Е.В., Вайнштейн М.Б., Сузина Н.Е.
Геофизическая обсерватория «Борок»
Объединенного института физики Земли РАН, Борок;
Институт биологии внутренних вод РАН, Борок;
Институт биохимии и физиологии микроорганизмов
РАН, Пущино
КАК МЫ ИЗУЧАЛИ ВЛИЯНИЕ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА БАКТЕРИИ
Для изучения влияния геомагнитного поля на бактерии
нами были исследованы ростовые и цитологические
характеристики культуры Pseudomonas fluorescens, штамм
ВКМ В-2170, помещенной в естественное геомагнитное
поле и в объем с компенсированным геомагнитным полем
(условным «магнитным вакуумом»). Для компенсации поля
использованы ортогональные пары колец Гельмгольца. В
качестве основного контролируемого показателя принята
удельная скорость специфичного процесса - ассимиляции
карбонатного углерода при гетеротрофном росте (мкг Скарб.
на млрд. клеток в час). Ассимиляцию карбонатного
углерода измеряли по включению в клетки 14С-меченого
карбонатного углерода. Численность клеток определяли
прямым счетом под микроскопом с применением
флуоресцентных красителей и фазового контраста.
Анализ прироста численности
обнаружил лаг-фазу (фазу адаптации) и лог-фазу
(фазу активного размножения).
Рис.1. Динамика численности P.fluorescens
в различной магнитной обстановке.
5000
Численность клеток, млн/мл
4500
4000
3500
3000
2500
маг.вакуум
2000
геомаг. поле
1500
1000
500
0
0.
3.
6.
9. 12.
22.
Время, час
29.
36.
46.
Удельная скорость ассимиляции карбоната
в лаг-фазе была ниже в «магнитном вакууме»,
чем в геомагнитном поле. Со временем (в лог-фазе) различия
между удельными скоростями ассимиляции карбонатного
углерода выравнивались
Рис.2. Динамика удельной скорости ассимиляции карбонатного углерода
P.fluorescens в различной магнитной обстановке.
0,350
Удельная скорость,
мкг С/млрд.клеток-час
0,300
0,250
0,200
маг. в акуум
0,150
геомаг. поле
0,100
0,050
0,000
3.
6.
9.
12.
22.
Время, час
29.
36.
46.
Таким образом, экспериментально показано, что
геомагнитное поле влияет на конкретный
биохимический процесс –
удельную скорость
гетеротрофной ассимиляции карбоната.
Вышеприведенные данные были получены в обычной
питательной микробиологической среде без железа
(т.е. со следовым содержанием железа)
Однако ранее нами было обнаружено, что
присутствие растворенного железа в среде ведет
к формированию магниточувствительных
включений в клетках бактерий, в том числе
P. fluorescens ВКМ В-2170.
Поэтому мы провели дополнительные опыты:
сравнили удельные скорости ассимиляции
карбоната в геомагнитном поле и в «магнитном
вакууме», помещая культуру в среду,
дополнительно обогащенную растворенным
железом (19 мг Fe/л).
В «магнитном вакууме» небольшое влияние
присутствия железа было отмечено только на переходе
от лаг-фазы к лог-фазе.
Рис.4. Влияние железа на удельную скорость ассимиляции карбоната
P.fluorescens в магнитном вакууме
0,3
Удельная скорость,
мкг С/млрд.клеток-час
0,25
0,2
0,15
маг. вакуум без Fe
маг. вакуум с Fe
0,1
0,05
0
3.
6.
9.
12.
22.
Время, час
29.
36.
46.
Однако в геомагнитном поле присутствие
железа заметно снижало удельную скорость
в лог-фазе!
Рис.5. Влияние железа на удельную скорость ассимиляции карбонатного
углерода P.fluorescens в геомагнитном поле
0,35
Удельная скорость,
мкг С/млрд.клеток-час
0,3
0,25
0,2
геомаг.поле без Fe
0,15
геомаг.поле с Fe
0,1
0,05
0
3.
6.
9.
12.
22.
Время, час
29.
36.
46.
Следует обсуждать не только роль
геомагнитного поля, но и роль железа в
активности бактерий при влиянии поля
Полученные нами данные показали, что
присутствие растворенного железа в
среде изменяет реакцию бактерий на
геомагнитное поле.
Если в условиях «магнитного вакуума»
присутствие железа практически не
проявлялось, то в условиях
геомагнитного поля присутствие железа
снижало удельную скорость вдвое.
Цитологические анализы показали, что присутствие
железа в условиях геомагнитного поля приводило к
формированию внутриклеточных
магниточувствительных включений
Ультратонкий срез клеток Pseudomonas fluorescens. Стрелками указана
внутриклеточная локализация электронно-плотных глобул содержащих
железо.
В условиях «магнитного вакуума» присутствие
железа приводило к образованию неописанных
ранее кристаллических структур, расположенных на
поверхности клеток
Ультратонкий срез клеток Pseudomonas fluorescens. Стрелками указаны
локализация электронно-плотных глобул содержащих железо
Следует заключить, что:



Геомагнитное поле влияет на специфические
биохимические процессы у бактерий (на
удельную скорость ассимиляции карбонатного
углерода у P. fluorescens).
Это влияние проявляется различно на разных
стадиях роста.
Присутствие в среде растворенного железа
достоверно сказывается на степени влияния
магнитного поля на бактерии и различно
реализуется в цитологии бактерий в зависимости
от величины магнитного поля.
Работа выполнена при
поддержке
грантов РФФИ
02-05-65406 и 02-04-49202
Благодарим за внимание.