Experimental investigation of effects of magnetic field on specific rate of carbonate assimilation by bacteria Pseudomonas fluorescens

Full text

Биология внутРЁнних вод' 2005' ]',!ь 2' с.21_28
7А( 550.3:579.08
экспшРимвнтАльнош исслвдовАнив влу[я1{ия
мАгнитного по]!я нА удшльнук) скоРость Ассим1цля1ци14
кАРБонАтного углвРодА у БАктвРАй Р:ешёоупопав [!шогессепг
@ 2005 г. €. Б. Анисшмов*, €. €. Бакастов*, А. к. |апеев*, А. и. [(опьплов**,
и. н.|(рьплова**, 1. €.1![астпенникова**, т. н. Абапшина***'*{!**' в. в. Арискина***,
м. Б. Байнпштейн *!**'****, Ё,. Б. €узина***
* |еофтлзшнеская о6сервагпория " Борок'' ' |,1нсупцтпугп фслзшкш 3елолц шло. Ф.[Ф. !||мцёппа РАн ' 152742 пос. Борок,
2рославская о6л., [|екоузскшй р-н
** |,1нстпилпутп бцолоацц внуп1ренн1/х воё сцло. 14.,[,. |1апаншна РА1|,
]52742 пос. Борок, $рославская о6л., Ёекоузскшй р-н
*** 14нстпштпууп 6шохсдлтцц н фшзооолоеоац мцкроор?ан113}!ов шм. | .|{. €крябшна РАЁ,
142290 [1ущшно, ]|4осковская обл.
**** [1ущшнскшй аосуёорстпвенньлй унцверсц1т'е,71' 142290 [1ущшно, ||осковская обл.
||осцпила в редакци}о 08.09.2004 г.
14сслледовано вл1|'1н|1е напрлкенности магнитного по]ш| на удельнук) скорость ассимиляции карбонат-
ного углерода (}6А) тптаммом Рдешйтпоп'аз!!цоге\сеп8 вкм в-2170. 3кспертптленть| проводили с бак-
тери'|ми' н€жодя1щ{мися в услови'п( естественного геомаг}{итного поля и в ко}{пенсщ)ованцом !ш1и уве-
л!г!енном магнитном поле ("магнитньпй вакурл'' или "маглтитное возму1цение" соответсгветлно). Б от-
сугствие неорганического )келе3а в п[1тательной щеде показано повь|1шение }€А в лаг-фазе роста
бактерий. 0но сгитчгулиров€ш1ось реличением напрлкенности магнитного по.,ш{ в рцу ('маг[{итньтй ва-
куу1}|'' < естественное геомагнитное поле < "магнитное воз}{уц{ение''. 8 стледутощей фазе росга, лог_
фазе, }€А обнаруя<ивала минимш1ьнь!е значени'| и фактинески не различ€ш[ась в разнь|х м{шнитнь!х
условиях' что мох(ет свидетельствовать об адагттатии бактерий со временем. Б причтсгвии в Феде не-
органического;келеза }€А в "магнитном вакш1!{е'' в лаг-фазе бьлла существенно вь!!пе' че]\.{ в гео}{аг-
нитном цоле. трансмиссионн:ш{ элекщонн;ш{ микроскопи'{ ультратонких Фезов к.]1еток показ€ш|а' что
в присутствии неорганического )келеза бактерии форт,плровали мепкие в1{утрик.]1еточнь|е )келе3осо_
дер'<ащие вкл}очен|{'{ в услови'{х геомагнитного по.]б|' тогда как в "магнит:лом вакурге'' такие вкл1о-
чен|т:{ отсутствовали' но к.,|етки бьлли окрркень| микрокриста]1лическими структурами.
вввдвнив
Р1звестна многолетня'1 корреляц.1я :штфектщон-
нь1х эпиде}у1ий и солнечной активности [8, 9, 14].
3ти статисгические даннь!е позвол}ш1и исследова-
телям предполо)с{ть' что изменен!{'{ геом,гнигно-
го поля в периодь| солнечной активности могут
вли'{ть на )кизнедеятельность бактерий. Фднако
опубликованнь|е экспери]!{ентальнь1е результать!'
развива!опще эт гипоте3у' немногочисленнь!' за-
частук) противоречивь|' иногда не воспроизводи-
мь| и не объясн|пшь! (напрт,шлер, увеличение чис_
ленности бактерий за чась| на порядки, "изменение
видовой принадле)кное[|4'', определенное по виду
колоний и т.п.) |4,5'77. |[роведение эксперимен-
т,ш1ьнь|х исследований и полуление достовернь!х
количественнь|х оценок вли'{ни'{ геомагнитного
поля на бактертшл ощани({ив:}лись, наряду с техни-
ческими и методическими сло)кностями опь!тов'
отсутствием теоретических моделей и3учае]!{ь|х
процессов.
0ткрьттие магнитотактньпх бактерий [10]' со-
дер)кашцо( магнитосомь| - внутрик.,1еточнь|е крис-
талль! магнетита' окру)кеннь!е трехслоинои ме1!{-
браной [13], позволило признать возмо)кность
влу1'гРьу[я магнитнь!х полей на бактериальнь|е к-]1ет-
ки, содер)кащие магнетит' хотя бьп в отнотпении
ориентирования |п( дв1окени'{' магнитотаксиса [ 1 1 ].
||ослед1тошще рафть| плш<робиологов показ€ш|и'
что споФбность к форг'шровани1о мс|гниточрстви-
тельнь!х вклточентй' прин1ц,1г[и'ш1ьно отли1[нь!х от
одиночнь|х призматическ!д( кристш1лов магнетт'гта'
11|ироко распросгранена в ттштре бактер!й [3' 15].
1ем не менее, биологическая роль магнитнь|х
вклк)чений и физинестсте мех[!низмь! вл1б1н}б{ м:ш-
нитнь!х полей на бактер:шт остак)тся неизвестнь1ми.
.[ля проверки гипоте зь1 влу|'1ну!я геомагнитно-
го поля на бактерии исследовань| реакции 1штам-
ма бактерий Рзецёогпопаз !!шогезсепт на воздейст-
вие "магнитнь|м вакуумо|\,{'' (компенсированнь!1!{
геомагнитнь!м полем), а таюке "магнитнь|м воз-
мущением'' (магнитнь|м полем' напря)кенность
которого превь!1шала напря)кенность геомагнит-
ного на порядок) в сравнении с естественнь|м гео-
магнитнь!м поле\4. Б отличие от упомянуть!х
21

22 Анисимов и др.
вь|!ше исследователей, авторь| отказались от ис-
пользовани'[ численности бактерий в качестве
ведущего пока3ателя' так как она мо)кет со вре_
менем увеличиваться' несмотря на падение актив-
ности отдельнь|х клеток. Фсновньпьт критерием
воздейств|б{ магнитного поля в эксперимент:!х
слу)кило изменение нормированной величинь!:
удельной скорости асс'1м114[1я!\ии карбонатного уг-
лерода (усА) в пересчете на миллиард клеток.
}казанньпй подход позволил оценить активность
бактертп? в разнь!х фазах роста. (ерпя экспери-
ментов с повь!1шеннь|м содер)кание}{ )келеза в пи_
тательной среде' т.е. в условиях' позволяк)щ|п(
бактериям формировать внутриклеточнь|е маг-
нитнь!е вк.,тк)чен!б|' вь|полнена с цельк) дополни-
тельной оценки предполо)кительнь|х функлцлй
магнитнь!х вклгочентй. €опрлкенная с анализами
}€А электронная микроскопи'| позволила про-
следить вли'п:\ие магн]{гнь!х полей на структуру и
лока.]1изацито форт'шпру}опщхся к.,1еточнь|х магнит-
ньпх вклточений.
мАтвРиАл и мвтодь1 исслвдовАния
[пкрооргапшзмь!. [,1спользовали референт-
ньлй :штамм вида Рзеш11о]попа$ !1шогезсепз' полу-
чет+ъй из Бсеросс:йской коллек|+ш4 пш{кроорг1!низ-
мов под ||ттаммовь1м обозначетптем Б1(й в-2170.
1[1тамм вьпбирали по показанной для него ра-
нее [1, 2] способности образовь1вать !у1агнитнь|е
вщприкпеточнь!е вк.'|}очени'| при повь|1шет*той кон-
центации ферримагнитнь|х металлов (Ре или €о)
в ростовой среде.
€реда культивировапия. Б опьлтах применяли
питательнук) среду следу}ощего состава' г|л:.
кн2Ро4 _ 0.9, }х1а2ЁРФ ц_ 1.2, кшо3 _ 1.0, дро>пске-
вой экстракт _ 1.0, глк)коза _ 5.0, пептон _ 2.0,
}.{а'€Ф3 _ 0.1, водопроводн:ш{ вода _ 10 ьтл. Бакте-
ртй вьтрапцтвапи как в указанном основном вари-
анте Федь!' так и в среде' дополненной растворен-
нь!м хелатнь!м )келезом. )(елатное соединение )ке-
леза получ!ш|и в расгворе' содер)кащем смесь
эдтА и Ре2(5Ф.)3 - 9 н2о в соотно1пениут | : 4. |1о-
сле отдельной стерилизащ{и раствора добавляли к
основной среде из расчета 10 мл/л. (онечное со-
дер)кание Ре в щеде проверяли стандартнь!ми хи-
мическими методами [7], оно состави.,1о 19 тиг/л.
}с.тповпя проведешшя эксперимепта. |[итатель-
ну}о среду засевали инокулятом' вь!ращеннь!м в
среде указанного состава (без хелатного >келеза),
разл'тл,али по 5 мл в стерильньле |2-тлиллилитро-
вьле флаконь! с ватнь|ми пробками' зате}{ инкуби-
ровали в специальном немагнитном павильоне
[еофизинеской обсерватории "Б орок'' 1{нститу-
та физики 3емли РА}{. Фдну партик) сравнения
помещали в камеру с задаваемь|ми и поддер)кива-
емь!ми параметрами магнитного поля' втору}о _
оставляли в условиях естественного геомагнитно-
го поля. Расстояние ме)кду парти'{ми флаконов
составляло 2.5 м.Анкубацито проводили при есте-
ственном освещении (окна экранировань| 1|1тора-
г"шт) и комнатной температуре.
3кспериштенть| по сравнени}о "магнитного ва-
ку5гма'' и естественного геомагн|.гтного поля нача-
ли в 10 ч утра 5 сентября 2ф3 г., эксперименть! по
сравненик) "магнитного воз}{ущентая'' (магнитно-
го поля' напряхенность которого превь|1шала на-
пря)кенность геомагнитного на порядок) и естест-
венного геомагнитного поля _ в 10 ч утра 11 сен-
тября 2003 г. (конкретнь|е сроки указань! для
подтвер)кдени'! однородной геот!{агнитной обста-
новки в период исследований). |1робьл отбирали
через 3, 6, 9, |2, 22, 29, з6 рт 46 ч после постановки
опь|та. [ля кшкдого анализа в кахдом варианте
опь!та бьлло по три параллельньле пробьп, их фик-
сирова",ти' внося 0.25 мл 50|о-ното раствора глута-
рового альдегида' затем определяли общуто нис-
ленность бактерий и усвоенньхй бактериями ра-
диоактивньпй углерод карбоната, а в ряде проб _
наличие внутрик.]1еточнь|х вклгочений )келеза.
Б связи с тем' что 1штамм бактерий Р. !!шоге-
,усеп.я Б!(й в-2|7о способен образовьпвать магни-
точрствительнь1е (магнитнь:е) внутриклеточнь|е
вк]1}очени'! ||, 21, указаннь|е вь|1пе эксперименть!
проводили в двух вари:}нтах: в среде без дополни-
тельного внесени'| )келеза и в среде с хелатнь!1!{ )ке-
лезом при конечной конценщации 19 т,г/л.
}стройство магшштпой камерьп' регуляцшя ш
копц'оль магпитпого поля. Б эксперименте ис-
пользов;ш1и установку' разработан}у}о и смонти-
рованну|о в [Ф "Борок'' |4Ф3 РАБ для проведени'{
опь!тов по магнитньпм воздейств!б{м на биообъек-
тьп. }становка позволяет покомпонентно компен-
сировать вне1пнее геомагнитное поле' р{ень1пая
его величину более чем в 1000 раз, что дает воз-
мо)кность создать в ощаниченном объеме прост-
ранства некое подобие "магнитного вач0/ма''.
Б зависиптоети от цели опь!тов возмо)кна генера-
|щя магнитного поля фиксированной велич:дльт
как сут!ерпоз!пцп4 посгоянного поля вьпбранного
н:!правлени'{ и переменного поля сверхнизк|о( час-
тот. }становка представляет собой двухкомпо-
нентну}о систет\,{у колец [ельт"гольца' соединен-
ну!о с устройсгво},[ компенса1цш.{ вертикальной и
одной горизонтальной компонент геомагнитного
поля. Бторая горизонтальная компонента поля
компенсиру ется вьлбором местополо)кени'1 систе-
мь| колец. }становка содер)кит так)ке блоки со-
гласу|опц.1х усилителей и генератор сигн'ш!ов
сверхнизк|п( частот. [иапазон изменени'| величи-
нь| магнитного поля' используемь:й в опьлте' со-
ставлял -0 ... 5 3. ||ри этом в рабонепл объеме ус-
тановки с параметрами 1ф х 100 х 100 г'лтл бьпло
обеспечено однородное магнитное поле с точнос-
ть1о до |?о.\|алря>кенность магнитного поля в ис-
кусственном "магнитном вакур{е'' (кот'шленсиро-
ванно1!1 геомагнитном поле) во врем'{ экспери-
Биология внутРвнних вод ]'{9 2 2005

экспвРимвнтАльнов исслвдовАнив влияния мАгнитного по]1я 2з
ментов бьпла -5 х 10{ 3. €тепень компенсации
геомагнитного поля регулярно контролировали'
используя специальньтй однокотъшлонентньлй фер-
розонд. Ёапрюкенность магнитного поля [1ри |4с-
кусственном "магнитном воз}у1ущении'' (т.е. плаг-
нитного поля с повь|||1енной напрлкенностьто) в
период эксперит{ентов составляла -5 3. Бсе экс-
перименть! проводили в период спокойного гео-
магнитного поля' состояние которого контроли-
ровали непрерь!вньтми наблтодени'!ми информа-
ционно-измерительного комплекса [Ф "Борок''
иФз РАн. Беличина напря)кенности полного
вектора геомагнитного поля в период исследова-
ний равнялаеь|.522 3, нто соответствует спокой-
ной геоплагнитной обстановке.
Апализ чпспенпостш к]!еток бактерий. Фбщее
количество бактерий определяли в фиксирован-
нь!х глутаровь|м альдегидо]!1 образцах. |!роцеду-
ра подготовк'1 1| анализа вкл1очала несколько ста-
ций; \ ьлл фиксированной пробьт разводили 18 мл
безбактериальной водь!' для луч|пего дисперги-
ровани'{ бактерий добавляли 1 мл 0.2 й \ацР2Ф1,
полученнук) суспензито обрабать!вали ультразву-
ком в течение 2 мин при 100 Бт в диспергаторе
ультразвуковом }3[Ё-2т (сссР). |{робьп с вьт-
сокой численность|о к.]1еток (отобрат+тьте в лог-фа-
зе, :тлкубиров:|в1!|иеся >\2 я) разбавлялл дополни-
тельно стертлльной безбалсгериальной водойв 50 раз.
Бактериальнь|е клетки окра1пивали )АР| в тече-
ние 15 мин в темноте и фильтрацией собирал'1на
ядерном фильтре с диаметром пор 0.17 мкпл, окра-
1пеннь!е бактерии подсчить|вали под эпиф.гпоорес-
центнь|м микроскопом [|1ФйАй-и2 (сссР) при
увеличении х1000 (объектив х100, масляъ1ая |тм-
мерсия) [12]. Разведени'{ учтень| при расчете кон-
центраций.
Аналшз гетеротрофпой ассимиляци|! карбона-
та. |'1нтенсивность гетеротрофной ассимиляции
карбоната измеряли радиоизотопнь|м методом с
использованием |.{а21{€Фз [6]. Радиоактивно мече-
ньлй 1+€-карбонат (16.9 млн имп./мин,0.5 мл/фла-
кон) вносили в три параллельньте пробь| в ка)<-
дом варианте эксперимента и фиксировали их
при следу}ощей съемке опь1та. Фдноврепленно с
фиксацттей одних трех проб радиоактивнук) мет-
ку вносили в очередньпе, нефиксированнь|е' три
параллельнь:е пробьл. ]акишт образом, даннь|е по
интенсивности бактериальной ассимиляции кар-
бонатного углерода получали для отдельнь!х ин-
тервалов экспозиции. Аля определения вкл}оче-
ния радиоактивного углерода в к.]1етки бактерии
отфильтровь|вали на мембраннь!е фильтрьп с ди-
аметром пор 0.2 ]у|к]!{' от1!1ь!вали от во3мо)кнь!х
следов радиоактивного карбоната подкисленной
водой (0.1н. Ё€1) и определяли величину радиоак-
тивности на )кидкостном с!ц,1нтилляционном счет-
чике йаг[-{| (сшА). Ёа этошя )ке счетчике опре-
деляли су}л{арну|о радиоактивность внесенной во
флакон |{€-метки.
Расчет улельпой скоростп ассимпляции карбо_
шатпого углерода. [ля раснета )л€А использова-
ли отно1пение интенсивности гетеротрофной ас-
симиля\\71у1карбонатногоуглерода'определяемое
по стандартной формуле [6], к численности бак-
терий, определенной в пробе прямь|м счетом с ис-
пользованием }АР| и соответствутощей тоь{у )ке
времени экспозиции флаконов. Ба рисунках на-
меренно приведень! все даннь!е параллельнь!х
проб' чтобьт нагляднее представить незначитель-
ность разлиний ме)кду параллельньпми пробами
на фоне общей тенденции.
3лектропная мищ)0скоппя. \ля изг{ени'{ сгрук-
црь! и организащ{и вщтрик.]1еточнь|х структур ис-
пользов'шти ультратонкие Фезь1 после фиксагцшт
к.}1еток в |51о-ном глутар:ш[ьдегидном фиксируго-
щем растворе. Фтп<сиров€|ннь!е к.]!етки тр1окдь| от-
]\{ь1ва]1и 0.05 м какодилатньтм буфернь;м (рЁ 7.2)
раствором и обрабать|ва.]1и четвероокись|о осми'{
(|?о ФзФ) в 0.05 й какодттлатном буфере (рА 1.2)
в течение 3 н при те\,шш!ерацре 2|"(.3атерл препа_
ратьл обезво)кив2ш[и и закл1оч€ш1и в эпокс1щнук)
смолу. Блоки разрез:ш1и с помо||\ь}о ультрато]\{а
2|28ъкв (11Белцтя). |!репаратьт пот!{ещ€ш|и на }{ед-
ну}о сетот{ку (з00 мелп), поддер)с1валощей пленкой
слРк1ш| Форт,,вар. 3лекщонно-микроско{1и({еские
изобршкения полг{ень! при использовании элек_
тронного микроскопа ]вм-1шв (60 кв).
РвзультАть[ и их оБсу)кдвнив
Фазьп роста бактерпальшой культурьп. Анализ
прироста численности бактерий показал' что во
всех вариантах опь|тов (в магнитном вакуу}у1е' в
естественном геомагнитном поле' при магнитном
возмущении, без хелеза и с его дополнительнь|м
внесением) мо)кно вь1делить две фазь: роста по_
пуляции: лаг-фазу (фазу адаптации и накопитель-
ного роста) и лог-фазу (фазу активного раз},|но-
>кения). Ёесмотря на отдельнь!е вариации условий
в опь!тах (изулаемь:е различия в напрлкенности
магнитного поля' возмо)кнь|е разли{{ия в активно_
сти исходного инокулята в ра3нь!х опь|т;!х' колеба-
ния температрьт), во всех экспериментах от]!{ече-
но однотипное протекание фаз роста популя|ц{и:
на рис. 1 первьтй столбец диаграм}{ь| соответству-
ет исходной численности после внесени'| инокуля-
та' следу}ощие четь|ре съемки - лаг-фазе, а по-
следние четь!ре _ лог-фазе. Ёаличие двщ фаз рос-
та в течение 46 ч культивирован|ш псевдомонад
при комнатной тет'шлературе _ обьлденньлй факт.
Б работе ему уделено вни]\-{ание потощ/' что разде-
ление процесса на стадии позволило в дальнейпепл
соотносить полг{еннь|е результать| не только с
отдельнь|ми сьемками или часами инкубации, но и
с конкретньтми фазат,шл роста популя1цп.1 в целом.
}€А в разлпчпь!е периодь! роста культурь!.
€равнение результатов анализов }€А в различ-
нь!е моментьт инкубации проб показало, что
Биология внутРвнних вод м 2 2о05

191пн кл./мл
24 Анисимов и др.
81624з240ч
Рпс. 1.,[инамика численност{| (млн кл./мл) бактерий:
1 _ "ьлагнит:тьтй вакуум'',2 - геомагнитное поле 1,3 _
геомагнит|{ое ]1о!|е 2,4 * "магнитное возьпущение''.
удельная активность гетеротрофной асс|дд,| ля1\и'1
карбонатного углерода принципиально разлш{а-
лась на разнь|х фазах роста. Б течение лаг-фазь|
вели!{инь1 }€А в естественном геомагнитном по-
ле возрастали от ма.]1ь!х' хотя и различнь|х в раз-
ньп( пост[|новк{|х о1|ь|тов (2-6 тъшс €(т*щд кл. . ч)
05.09.2ш3 г. и 2(138 _ 11.09.2003 г.), а с наступле-
нием лог-фазь[ одинаково резко ||адалу1 и умень-
1пались (рис. 2). Различия ме)кду максимальнь|ми
вели({инами усА в лаг-фазе в различнь!х поста_
новках опь!тов в разнь!е сутки' вероятно' вь|зва-
нь| разной исходной активность1о инокулята' но в
целом закономерность сохран'{лась.
|{ериод адаптации и начального роста к.]1еток
сопрово)кд ается накоплением одних ферментов и
соответственно сокращением продукции и актив-
ности других. [о сих пор этот процесс не исследо-
в:шти для системь|' обеспечива}ощей гетеротроф-
нук) асси}{иляцик) карбоната псевдо}у{онада}{и.
|!олуненнь1е даннь!е по изменениям }€А в лаг- и
лог-фазах _ новь!е' пре)кде неизвестнь!е' однако
не противоречащие к.11асси[1еским представлени*
шл. Фни в{пкнь! следств11я]!{и: 1) влияние м€!гнит-
нь|х полей на }€А следует рассматр|шать порознь
на различнь!х стади'п( роста, 2) влшянтле магт{игнь!х
полей на }€А мо)кет рассматриваться как вли'{-
ние на систе}[у ферментов или ферментативно
обусловленнь|х процессов.
3лшяпие "магнптпого вак5пг1}!а'', естествешшого
геомагпштного поля п'6магнштпого возщ/щ еп|1я))
па }€А в пштательпой среде без дополнительшо-
го впесепия )келе3а. €равнение результатов' по_
лученнь1х при единовреь,1енном проведении экс-
пери\,[ентов' показ€ш|о' что вли'|ние магнитного
воздействия на }€А неодинаково на разньпх фа-
зах роста. Б связи с эти}у1 результать| анализов за-
висимости }€А от магнитной обстановки обсрк-
да!отся порознь для лаг- и лог-фазьт.
Б опьптах без добавления )келеза }€А в лаг-
фазс бьпла ни)ке при более низких значени'{х на-
прлкенности магнитного по.]ш{' т.е. в ус]товном
"магтпгп{ом вак)0[}{е'' н}оке' чем в есгественном ге-
омагнитном поле (опьтт 05.09.2ш3 г.), а в естеот-
венном геомагнитно1!1 поле н|]оке' чем при "магн|{т-
номвозту1ущентшт'' (опь;т ||.Ф.2Фз г.) (рис. 3аи3ф.
8 обото< слг1:шп( щавнентй ("магн:лт:тьпй ваку-
рл'' в сравнеР!у1'4 с геомагнитнь!м полем и геомаг-
нитное поле в фавнении с "магнитнь|м воз]у'у{це_
нием'') вели||инь1 }€А в лаг-фазе бь;ли н:оке при
мень11!!х значен|.1ях ьтагнтгптой напрлкенности по-
ля. €о временет{ в лог-фазе разл|4с{14я ме>кду }€А
в искусственнь!х и естеетвеннь|х магнитнь|х по.]1,п(
мкг €/(млрд кл. . н)
46
з629
22\2
Биология внутРвнних вод ]ю 22005

экспвРимвнтАльнов исслвдовАнив влиян14я мАгнитного попя
мкг €/(млрд кл. .ч)
Рис. 3. €равнение }€А в среде без х(елеза: с _ в "магнитном вакрме'' (1) и в естественном геомагнитном поле (2)
(опьтт проведен 05.09.2003 г.)' б_ в естественном геомагнитном поле (1) и при "магнитном воз1!{ущении'' (2) (опь:т про-
веден 1 1.09.2003 г.); по оси ординат _ удельная скорость асс|{миляции карбонатного углерода, мкг€/(млРд кл. ' ч).
25
46
362922\2
вь!равнив:}лись' что, по-види}у{о}}{у' свидетельству-
ет о способности бактертй адапт1,1роваться к раз-
личной геомагнитной обстановке.
Разлргчпдя вели!!ин усА, обусловленнь!е м;)гнит-
нь|м полем, оказа.]1ись мень11|ими' не)кели разн1ща
ме)кду двр{я поот{!новками опь|тов в разнь|е сут[о1
и с разнь!м коли!|ество1!{ и активность1о иноку.]б{та
(рис.2). ]ем не менее, магнитное поле и состояние
геом[шнитной обстановки в целом могут вли'гть на
усА' с.]|едовательно' на интенсивность отдельнь|х
био>оцдтческ1.ж процессов. проведенное исследова-
ние не вскрь!вает механизмов воздейсгвття' но впер-
вь|е позвол1шо убедительно показать сам факт вли-
ян1б{ }у{агнитного (геомагн!4тного) по.'1 { на отдель-
ньлй процесс чисгой кульцрь! бактертй.
Фбнару;кеннь]е адаптивность 6актертЁа к маг-
нитной обстановке и разли(шь1й характер реак]цти
на разнь]х етади'л{' роста популя!ц.1и объяснятот
разброс и противоречивость результатов исследо-
вателей, работавп1|ц без детального изг{ен'1я д'т-
намики процесса и пь|тав1ш'п(ся оценить вл[\'||1ие
магнитнь|х полей по таким накопительнь!м харак-
теристикам, как общая численность популящшт [6].
€равпштельшое в]|пяние'1тлагпитпого вак5ц/ма'''
естествеппого геомагпитшого поля и'1тцагпптного
во3щ/щепшя'' п^ }€А в пштательпой среде с до_
полпительпь!м впесе|!шем железа. (азалось логи!{-
нь1м предполо)китъ' что дополн}ттельное внесение
хелатированного соединени'| щехвш1ентного )ке-
леза в питательну}о среду не дол)кно вь!зь!вать
существеннь|х изменений }€А или' по крайней
мере' не долкно и3менить общуто тенде!щ!4ю воз-
Биология внутРвнних вод ль 2 2005

26 Анисимов и др.
мкг €/(млрд кл. . ч)
|2 22 29 з6 46
Рис. 4. €равнение 9€А в сРеде с ]келезом. 0бозначения, как на рис. 3.
Растания }€А с реличением магнитной напря_
)кенности, отмеченной в опьттах без:келеза: "маг-
нитнь|й ваку)|м'' < естественное геомагнитное по-
ле < "магнитное возтугущение''. Б действительности
)ке оказа.]тось' что только втор:ш часть этого ряда
(естесгвегплое геомагнитное поле _ "м'|гнитное воз-
}у!ущение'') сохраняет тенден!щю к возрастани}о
}€А в лаг-фазе с возрастанием магнитной напря-
)кенности (рис. 4ф. €опоставление "магнитного
вакуума'' и естеотвенного геомагнитного поля по
вели:!инам }€А в питательной среде, дополнен-
ной ;келезом' показало' что в противополо)к-
ность опь!та]!{ без;келеза (рис.3а) }€А в присут-
ствии )келеза вь|1ше в "магн!,гп{ом вач0/ме,' (рпс.4а).
Фтстода следует сделать два вь|вода: во-пер-
вь|х' )келезо во вносимой концентрации не бьтло
токсичнь1м' во-вторь1х' роль )келеза различна в
различнь|х магнитнь!х услови'п(. Результатьп, по-
лученнь|е при сравнении действи'| геомагнитного
поля и "магнитного вакуума'' в отсутствие и в
присутствии )келеза' различа1отся разительно
(рис. 3а и 4а)..}1огично предполо)кить' что прин-
ципиальное различие ме)кду результатами' полу-
ченнь!ми в "магнитном вакууме'' в отсутствие и в
присутствии )келеза' связано именно с возмо)кно-
стьто формирования бактериями Р. |!шогезсепз
вкм в-2170 магнитнь!х частиц' игра}ощих в дан-
ном случае роль собственного магнитного буфе-
ра в условиях отсутствия вне1пнего ]!{агнитного
поля. |[роверка этого предполо)кени'[ вь!полнена
методами электронной микроскопии.
Формировашие дополнительпь!х к.]!еточпьпк
структур бактериями Р. {!шогезсеиг 3[(Р[ в-2170
пр!! па.1|пч!|и в питательшой среде )келеза. {ито-
логические анализь| показали' что присутствие
)келеза в условиях геомагнитного поля приводило
к форг"штровани}о ранее описаннь|х внутрикпеточ-
нь|х магниточувствительнь!х вклгочений [1, 3, 15]
(рис. 5а). }льтратонкий срез клеток Р . !1 но ге зс е пз
вкм в-2170 представлен на рис' 5а, где стрелка-
ми указана внутриклеточная локализация элек-
тронно-плотнь|х глобул, содер)кащих )келезо.
Биология внутРвнних вод л! 2 2005

экспвРимвнтАльнов исслвдовАнив влияния мАгнитного поля 2'7
#
ж
Ршс.5. }льратонкие срезьл бактерий в щеде с )келезом (опьтт проведен 05.09.2Ф03 г.): с - в естественном геомагнитном
поле (стрелками показ!нь: электронно_1|лотнь:е глобуль| магниточувствительнь!х вклточений в к;тетках),6_ в "магнит-
"ом вакфе'' (стрлкамп показань! микрокристадлические струкцрь|' окрРка1ощие к.]1етки по их поверхности).
3ти внутриклеточнь!е вкл}очения ничем не отли-
чак)тся от показаннь!х ранее' так)ке образовь]-
вав1пихся этим |штаммом в друг!ж средах' содер-
х(ащих соединени'{ металлов-ферримагнетиков' в
услови'{х естественного геомагнитного поля [2].
Фднако в "магнитном вакур{е'' внутриклеточнь!е
магниточувствительнь1е вклк)чени'{-глобуль| у
бактерий отсутствовали, наличие в среде )келеза
приводило в этом варианте к образовани}о неопи_
саннь!х ранее кристаллических структур' распо-
лох(еннь!х в непосредственной близости от по-
верхности клеток {рис. 5ф. €равнение рис. за 14 4а
свидетельствует' что указаннь|е поверхностнь1е
микрокристаллические структурь| обеспечивали
относительно более вь!сокие (в 1.5 раза нерез 6 и
9 н роста) величинь1усА.
Бьпводьп. Бпервьпе показано вли'!ние ь4агнит-
ного поля на конкретньтй вид активности чистой
культурь! бактерий: удельну}о скорость ассими-
ляцу1у1 карбонатного углерода Р' !!шоге.ясеи.я Б|(1!1
в-2|70. Б отсутствие )келеза в питательной среде
повь1[пение усА в лаг-фазе стимулировалось
Биология внутРЁнних вод ш 2 2оо5

28 Анисимов и др.
усилением напря)кенности магнитного поля в ря-
ду: "магнитньпй вакурл'' (компенсированное маг-
нитное поле) < геомагнитное поле < "магнитное
воз1}1ущение'' (повьт:пенное магнитное поле) и но-
сило адаптивньтй характер' вь|равниваясь при пе-
реходе в лог-фазу. Бнесение в среду неорганичес-
кого х(елеза ).вели!!ивало }€А в услови'п( "маг-
нитного вакуу]!{а'' по сравненик) с вариантом без
)келеза. |[ри налинии неорганического )келеза в
услови'ж естественного геом!|гнитного поля бак-
тер'тл фор:'штровали описаннь!е ранее внутрик.,1е-
точнь|е тиагниточРствительнь!е вкл}очения. 0д-
нако в условиях "1т{агнитного вак5г5гма'' эти вк.]1}о-
чени'{ в к.]1етках отсутствовалу!' а непосредотвенно
вблизи поверхносй бактериаль"''* "лё''к' окру-
)кая их' располаг:}лись неописаннь!е ранее микро-
крист:}ллические структурь!.
Работа вь!полнена при финансовой поддер)кке
Российского фонда фундаментальнь[х исследова-
нтй (грантьл 02-85 -65 4|6 и 02-|4-492о2).
список литвРАтуРь{
\. Аршскшна Б.в. Ёекристаллические ]\{агнитнь!е
вкл1очени'{ у бактерий: Автореф. дис. ... канд. би-
ол. наук. ||.,2Ф82. |7 с.
2. Аршскина Б.Б., Бацуршна А.Б., €узшна !!.Б., |ов-
р шои Б. [9 . 1(обальт- и хромсодер)кащие вклк)чени'|
в бактериа-тгьнь|х к-'1етках // йикро биолот-ия. 2Ф4.
т.7з. с. |59_\62.
3. 8айнцлтпейн !||.Б., €узшна Ё'Б., [{уёряаллова Б.Б.
ш ёр. \( биоразнообрази!о магнитотактньтх бакте-
рлй ||\у\пкробиология. 1998. т. 67. с.8о7-814.
!!авловцч €.А. \у1атнмтное п.}ле как экологичес-
кий фактор изменения микрооргани3мов || Фпзи-
ко-математические и биологические проблемь;
в{\|1'{яия электромагнитнь|х полей и ионизации
воздуха. 1!1.: Ёаука, 197 5. т . 2. с. 122_|зо.
|1авловцч 6.-4. 1!1агнитная чрствительность и маг-
нитн{ш{ восприимчивость микроорганизмов. 1!1тптск:
8ьтсшл. пцк.' 1981. 172 с.
Романенко 8.!4., |(узнецов €.|,1. 3кология микро-
организмов преснь!х водоемов: [абораторное ру-
ководство..11.: Ёаука, |98\. |94 с.
Руководство по химическому ан€}ли3у поверхност-
нь|х вод суплти. .11.: [идрометеоиздат' 1977. 541 с.
1ернощеков !(.А., }1епехшн А.Б. йатериализация
идей А.}1. 9и;кевского в эпидемиологии и микро-
биологиш.1омск: €иб. мед. тлн-т,1993.273 с'
{|алэюевскалй А"]1.3емное эхо солнечньлх бурь. й.:
1!1ьтсль, 1976.357 с.
Б ! а *е паог е Р.Р. йа9пе1о1а с[|с 6ассег|а | | 5с1епсе. 1 975.
у. 190. Р. з77_з79.
Р гапЁе ! Р.Б., 8 аау !1п;*! |.А., ! о йпз оп Р1.3 ., 7ау !о г Б.[.
йа9пе[о-аего1ах|з 1п гпаг|пе соссо16 бас1ег!а || Р|о-
р}луз. ). 1997. у. 7з. Р. 994_|Ф0.
||оББ!е }., |а!еу Р., |азрег }.0ве о[ пшс1еороге [111егз
{ог сошп1!п3 Бас1ег|а Бу {шогезсепсе тп!сгозсору || ^р-
р1. ап0 Бпу!топ. й|сгоБ1о1. 1977.у ' зз.Р. |225-1228.
5со|т' .[.Р. йа9пе{овогпез || 1.0еп. й|сгоб!о|. 1993.
у. !39. Р. 1663-1670.
[сй1}етзф А'[. 11ле согге1а{1оп бе1'тпееп 11ле уаг|а1|оп о[
зшп-зро[ ас1|т|(у ап0 1}пе г1ве ап0 зргеа01п9 о[ ере0е-
гп|ев // Рерог! о{ 171}т Фс1о6ег, 1930 ас []|! 1пс. €оп3г.
1\{е0. }{у0го|., €11гпа1о1., 6ео1. 2п0 5езз|оп. !|вБоа,
1930. Р. 1_3.
|а!пзАсе]п Р1',5нэ1па [''/., [04ц-авАоуа Ё., Аг!вЁ!па Ё.
[.{е'л гпа9пе[-вепз1{|уе $.гцс{цгез й Бассег|а1 ап0 агс1тае-
а1 се11э || 8|о\. (.е\\. 20|2. у . 94. Р . 29_35.
4.
5.
6.
-1.
8.
9.
10.
11.
12.
\з.
14.
15.
Бхрег!тпепса! [птез[13а1!оп о[ [Ёес1з о[ йа9пе1!с Р!е[{ оп 5рес!{!с Ра1е
о[ €агБопасе Авв!гп!!а1!оп }у Бас1ег!а Рвешйоупопо$ !!шоге:сепс
@ 2005 г. $. !. Ап!з!гпот*, $.5.8а[а5{от*, А. к. 6ареет*, А. !. !(ору|от**, |.1\. |0у!о9!**,
1. $.1!1аз[епп![оуа**, [. [. АБаз}п!па***'****' !. !. Аг1э[с!па***, м. в. !а1пз[п1е1п***' ****'
ш. в. $ш2!па ***
* 6еорАуз!са! Ф0вегтасогу "БогоЁ" , !псс1!ц'е о! Ёагсй Рйуз|св РА5, ] 52742 Бого*' Рцзс]а
** ! пвс!сшсе [ог Б !о!о 3у о| ! п!апё ||{' о[ег; пА5, 1 5 2742 Б ого]с, Рплз з!а
*** |пв!]!ул[е о[в]оспеуд:;:::/::;%:{#{;;ж'#!{#;]']'?!{}',#;у:;"'ге91оп'&алвз]а
1[е е#ессз о[ чшас!-з{аБ1е гпа3пе11с [!е16 оп БаФеЁа1 ас1|т11у - зрес|[|с га1е о[ саг6опа1е авв1гп|1а11оп (5Р€А)
6у 1}те з1га1п Рэеш4отпопаз |1ногезсепз укм в-2170. )шйп9 1}:е ехрг1гпеп1з, ([ле 6ас1ейа тпеге ехрозе6 1о а
па[цга1 9еогпа9пе1|с йе10 ап0, согпрага1|те1у, 1о "гпа8пе11с уасццгп'' (согпрепэа1е6 9еогпадпе11с 6е10) ог со
"гпа9пе11с 61з1цгБапсе'' (|псгеаве0 гпа9пе1|с [!е16). 1}ле "гпа9пе11с тасшштп', ргоу10е0 1000_{о16 0есгеаве о[1}:е
гпадпе11с 1еп91{у ап0 11те "гпа3пе1|с 6|з1цгБапсе'' ргот10е0 1 0_{о16 !псгеазе о{ гпа9пе{1с 1епв|1у ассог61п9 {о 1}те
па1цга1 опе. !1 тл;аз з}:отуп 1}та1 0шЁп9 1а9-р[аве о[ 3готтс}л 1}ле 5Р€А !псгеаве0 ту111т 1}те гпа3пе1|с тепв11у !п с1те
готт: "тпа9пе[|с уасццгп'' < па{цга1 3еогпа9пе{1с {1е10 < "гпа9пе{1с 01в{цгбапсе'' |п 11те пц1г1еп1 тпе01цтп'л|1}т по
|пог9ап1с !гоп. Ёотуеуег, а1 {[е пех1 3готт11п в1а9е, 1о9-р}лазе, *те 5Р€А 0|всоуеге6 1}де гп|п1гпа1 уа1цез ап6 по
0!в11пс11опь цп0ег 01#егеп1 гпа9пе11с соп6|11опв ту1п1с}: сап ту|1певз зогпе Бас1ейа1 а0ар1а11оп. 11те гпе6|цгп
вшрр1егпеп{'л111л !пог3ап|с 1гоп 1псгеаве6 еБ$еп1|а11у с}:е 5Р€А шп0ег "гпа3пе[1с уасццгп''. ?|е 1гапвгп|вв|оп
е}ес1гоп гп1сгозсору о{ ц1сгас}п|п зес11опз о{ сБе се11в з}тотме6 1[ла1 1п 9еогпа9пе{1с Ёе16 бас1ейа [оггпе6 сур|са1
згпа11 1п[гасе11ц!аг !топ_соп1а1п1пд |пс!цв1опв, 1:отметег, |п "гпа9пе{|с уасццгп'' 1}леу рго6шсе0 по |пс1цс1опз бц{
зогпе гп|сго-сцз1а1 з1гшс1шгез |гплпе01а1е1у а6оте с}:е се11 зц#асе.
Биология внутРвнних вод ]\ь 2 2005