Повалення ефекту Варбурга

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Біотрон – камера штучного клімату. Вона широко застосовується там, де природний клімат «не годиться», наприклад в підводних населених апаратах або на космічних станціях. У такій камері її творці зазвичай намагаються відтворити замкнуті екологічні системи живих об’єктів різного трофічного рівня, тобто організмів, які послідовно поїдають один одного.

Початок цього ланцюга – звичайно, рослини. Вони поглинають вуглекислий газ, що виділяється вищими організмами, і виробляють необхідний їм кисень. Але біда: якщо кисню виділяється більше, ніж його можуть вживати тваринні організми в камері, то він накопичується в її повітрі, чим заважає подальшому розвитку рослин. Адже кисень – це всього лише звичайний продукт виділення і, як будь-який подібний продукт при його надмірній концентрації, може почати отруювати організм, який його позбавляється, скажімо ту ж хлореллу. Це і є ефектом Варбурга. Він визначає собою свого роду негативний зворотний зв’язок у системі «рослини — тварини» в ізольованому світлі камери біотрону.

Не всі рослини, виявляється, настільки суворо підкоряються цьому правилу. Вчені виявили можливість деяких відхилень від нього. Наприклад, ось як росте водорість зі складною латинською назвою клостеріопсис ацикуларис. Вона продовжує успішно розвиватися при накопиченні кисню до половини всього обсягу повітря в камері.

Вчені провели відповідні досліди. В них підвищені концентрації кисню «отруювали життя» водоростей протягом трьох-чотирьох поколінь, що у перерахунку на наш час становило 56—65 годин безперервного експерименту. Ефект Варбурга спостерігався і в цієї культури, але не весь час, а лише спочатку. Інтенсивність фотосинтезу в камері падала, поки вміст кисню зростав у проміжку від 4,5 до 20 відсотків. Потім процес фотосинтезу стабілізувався і вже не змінювався, хоча кисень у повітрі збільшувався, поки не досяг половини всього обсягу повітря. Крапка 20 відсотків виявилася порогом, верхньою межею для дії згаданого ефекту.

Зауважимо, що 20-21 відсоток – це нормальний вміст кисню в нашій атмосфері. Клостеріопсис, отже, «пізнає» його наступ і тому змінює характер своєї реакції у відповідь (швидкість фотосинтезу і приросту біомаси).

Цікаво, що вищі рослини також дуже стійкі до впливу підвищених концентрацій кисню у повітрі. І водорость клостеріопсис, принаймні в цьому вже до них наближається…