Ниспровержение эффекта Варбурга
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Биотрон — камера искусственного климата. Она широко применяется там, где климат естественный «не годится», например в подводных обитаемых аппаратах или на космических станциях. В такой камере ее создатели обычно стараются воспроизвести замкнутые экологические системы живых объектов разного трофического уровня, то есть организмов, последовательно поедающих друг друга.
Начало этой цепи — конечно, растения. Они поглощают углекислый газ, выделяемый вышестоящими организмами, и производят нужный им кислород. Но вот беда: если кислорода выделяется больше, чем его могут употребить животные организмы в камере, то он накапливается в ее воздухе, чем уже мешает дальнейшему развитию растений. Ведь кислород — это всего лишь обычный продукт выделения и, как любой подобный продукт при его чрезмерной концентрации, может начать отравлять организм, от него избавляющийся, скажем ту же хлореллу. Это и есть эффект Варбурга. Он определяет собой своего рода отрицательную обратную связь в системе «растения — животные» в изолированном мирке камеры биотрона.
Но не все растения, оказывается, столь строго подчиняются этому правилу. Ученые обнаружили возможность некоторых отклонений от него. Например, вот как растет водоросль со сложным латинским названием клостериопсис ацикуларис. Она продолжает успешно развиваться при накоплении кислорода вплоть до половины всего объема воздуха в камере.
Ученые провели соответствующие опыты. В них повышенные концентрации кислорода «отравляли жизнь» водорослей на протяжении их трех-четырех поколений, что в пересчете на наше время составило 56—65 часов непрерывного эксперимента. Эффект Варбурга наблюдался и для этой культуры, но не все время, а только вначале. Интенсивность фотосинтеза в камере падала, пока содержание кислорода росло в промежутке от 4,5 до 20 процентов. Затем процесс фотосинтеза стабилизировался и уже не менялся, хотя кислород в воздухе увеличивался, пока не достиг половины всего объема воздуха. Точка в 20 процентов оказалась порогом, верхним пределом для действия упомянутого эффекта.
Заметим, что 20-21 процент — это нормальное содержание кислорода в нашей атмосфере. Клостериопсис, следовательно, «узнает» его наступление и потому меняет характер своей ответной реакции (скорость фотосинтеза и прироста биомассы).
Интересно, что высшие растения также весьма устойчивы к воздействию повышенных концентраций кислорода в воздухе. И водоросль клостериопсис, по крайней мере, в этом, уже к ним приближается…