Готовый перевод Rebirth in 2014: The pinnacle of science and technology / Возрождение в 2014 году: вершина науки и техники: Глава 1319 Использование энергии которую не может использовать углеродная жизнь

— Использование энергии, которую не может использовать обычный метаболизм углеродной жизни?

Услышав это, Сюй Чуань слегка опешил, а затем с интересом спросил: — Вы хотите сказать, что это позволяет инфицированному организму напрямую использовать иную энергию, помимо АТФ?

Обычно АТФ, то есть аденозинтрифосфат, является центральным носителем энергии и промежуточным продуктом метаболизма во всех известных на данный момент живых организмах, его называют «энергетической валютой жизни».

Будь то люди, животные, растения, микроорганизмы или даже вирусы — все они нуждаются в аденозинтрифосфате для функционирования во время жизнедеятельности, репликации и размножения.

Оно играет центральную роль в преобразовании энергии, синтезе веществ, передаче сигналов и поддержании клеточного гомеостаза, являясь основой метаболизма и роста живых организмов.

А такие наиболее часто упоминаемые вещества, как углеводы, жиры и крахмал, на самом деле являются формами хранения энергии.

Им необходимо через метаболические пути обменивать энергию на АТФ, чтобы клетки могли широко ее использовать.

Что касается всех известных на данный момент форм жизни на Земле, способных к самостоятельному существованию и размножению, ни одна из них не может осуществлять жизнедеятельность или плодиться в отрыве от АТФ.

Возможно, кто-то скажет, что у немногих экстремально термофильных архей некоторые ключевые метаболические пути в своей деятельности больше полагаются на ГТФ гуанозинтрифосфат, а не на АТФ аденозинтрифосфат.

Но на самом деле это все равно результат преобразования через реакцию АТФ и киназы, формула которой выглядит как АДФ + ГТФ ⇌ АТФ + ГДФ.

Таким образом, даже для экстремально термофильных архей, чьи метаболические пути больше зависят от ГТФ, ядром всей системы остается универсальный энергетический пул АТФ.

И если бы на Земле существовала форма жизни, способная выживать, действовать и размножаться без аденозинтрифосфата...

...тогда трое биологов из 30-х годов прошлого века — Отто, Якоб и Варбург, которые разъяснили биохимический механизм сопряжения синтеза АТФ с ключевыми экзергоническими реакциями в процессе гликолиза и установили центральную роль АТФ в метаболических путях, — восстали бы из своих гробов, откинув крышки.

Конечно, учитывая стиль европейских гробов прошлого века, они могли бы и просто отодвинуть крышку.

Словом, если бы существовала жизнь, способная обходиться без АТФ, все биологическое сообщество взорвалось бы, подобно сверхновой, превратившись в ослепительный фейерверк.

Напротив лаборатории профессор У Му кивнул и, глубоко вздохнув, произнес: Да.

Сделав паузу, он продолжил: Судя по нашим текущим исследованиям марсианской бактерии Куши, в обычных условиях ее заражение углеродной формы жизни не приводит к изменению энергетической структуры первоначального хозяина.

Например, у таких животных, как белые мыши, кролики и макаки-резусы, которых мы часто используем в экспериментах, после заражения изменениям подвергаются в основном две структуры: клеточная мембрана и клеточное ядро.

Однако если искусственно с помощью технологий редактирования генов вставить фрагменты генетического кода углеродно-кремниевого полимера в энергетические структуры этих животных, то система энергоснабжения, которая изначально не должна была меняться, также подвергнется инородной трансформации, образуя в итоге более сложную энергетическую структуру.

На этом моменте профессор У Му замолчал, достал из нагрудного кармана защищенную флешку, вставил ее в лабораторный компьютер и вывел на экран отчет и данные экспериментов.

Академик Сюй, это экспериментальные данные и соответствующие отчеты исследователя, обнаружившего этот особый случай.

На экране отобразились данные исследований марсианской бактерии Куши, полученные на научно-исследовательской базе Юэхуатай, и Сюй Чуань внимательно их изучил.

Стоявший рядом профессор У Му начал давать пояснения: Поскольку с момента обнаружения этого феномена прошло меньше недели, наше понимание пока остается неполным.

Тем не менее, судя по проводимым экспериментам и полученным данным, фрагмент генетического кода углеродно-кремниевого полимера, по-видимому, воздействует на объект главным образом через создание гибридных кремниево-углеродных метаболических каналов в таких энергетических структурах, как митохондрии, катализируя реакцию силицирования их мембран в клетках хозяина.

— И этот процесс проходит в три этапа.

Первый этап основан на кремниевом анкеровании, подобно тому как марсианская бактерия Кушицзюнь при заражении углеродных организмов мутирует структуру клеточных мембран и ядер. Этот фрагмент углеродно-кремниевого полимерного генетического гена индуцирует мутации в специфических фосфолипидных областях внешней мембраны митохондрий, заставляя их формировать структуру, способную распознавать кремнийорганические белки.

На втором этапе он заставляет эти специфические фосфолипидные области мембраны формировать трансмембранные каналы диаметром около 2-3 нанометров и с помощью свободного кремния в организме хозяина образует стабильные ковалентные связи Si-O-P с фосфатными группами мембранных фосфолипидов.

Третий этап заключается в перестройке функциональных белков в энергоснабжающей структуре: исходные комплексы электрон-транспортной цепи передислоцируются в узлы кремниевой решетки, образуя модульную структуру кремниевый островок — белок.

Такая модульная структура кремниевый островок — белок не только позволяет сократить путь переноса электронов на 15-20%, но и обладает функциями переработки перхлоратов, усиления окислительного фосфорилирования и другими.

Сказав это, профессор У Му перевернул страницу текущего отчета данных, и перед глазами двоих предстало соотношение типов энергоснабжения клеток глубоко инфицированной черной мухи.

— Посмотрите на это.

Эта черная муха — из первой партии существ, подвергшихся модификации энергоснабжающей структуры. На снимках электронной микроскопии четко видно, что в ее митохондриях произошли очень заметные структурные изменения.

Обычно митохондриальный геном черной мухи представляет собой кольцевую молекулу ДНК размером около 15 000–17 000 пар оснований и имеет такие структуры, как внешняя мембрана, внутренняя мембрана, межмембранное пространство, матрикс и складки.

Однако после мутации количество пар оснований в митохондриях увеличилось до 26 000–45 000, структура их внутренней и внешней мембран сменилась с чисто белковой на кремниево-белковую, ширина межмембранного пространства увеличилась примерно на треть, а сложность складок возросла почти вдвое.

Конечно, по сравнению с функциональными изменениями, структурные не стоят упоминания.

В обычных условиях митохондрии в основном преобразуют органические вещества, такие как глюкоза, в АТФ (аденозинтрифосфат) посредством аэробного дыхания для использования клеткой. Их основная функция зависит от двухслойной мембранной структуры: внешняя мембрана контролирует вход и выход веществ, а внутренняя мембрана складывается, образуя кристы для увеличения площади реакции.

Но мутировавшие митохондрии, помимо глюкозы, способны использовать целый ряд веществ: перхлораты, ионы аргона, пьезоэлектрические микротоки, фотоэлектроны и так далее.

Более того, по сравнению с использованием глюкозы и других органических веществ нативными митохондриями, новые мутировавшие митохондрии могут приводить в действие модифицированную АТФ-синтазу через смешанный градиент Ar/H. Обратный поток аргона обеспечивает дополнительный крутящий момент, в результате чего чистый выход АТФ на молекулу глюкозы подскочил с традиционных примерно 30 до диапазона 48–52 единиц.

В то же время часть энергии градиента не проходит через АТФ, а напрямую преобразуется в механический крутящий момент через механические соединители на мембране. Это используется для приведения в движение соседнего цитоскелета или транспортировки веществ, реализуя короткое замыкание в цепи энергия — работа, что гораздо эффективнее.

Мало того, что еще более удивительно, мутировавшие митохондрии способны взаимодействовать с кремнийорганической структурой клеточной мембраны, сформированной после заражения бактерией Кушицзюнь, образуя вспомогательные структуры кремний-железо-серные кластеры. Они могут использовать эту восстановительную силу и световую энергию для фиксации CO в органические кислоты, пополняя метаболические промежуточные продукты.

Слушая, как профессор У Му сыплет кучей всевозможных биологических терминов, даже Сюй Чуань, который ранее немного изучал биологию, почувствовал, как у него пухнет голова.

Однако, сопоставив отчетные документы на экране с экспериментальными данными, он в целом понял, что имел в виду собеседник.

— То есть эти новые мутировавшие митохондрии не только значительно повышают эффективность использования энергии глюкозы и других органических веществ, но и могут дополнительно использовать перхлораты, ионы аргона, пьезоэлектрические микротоки, фотоэлектроны и целый ряд других субстанций.

Рядом профессор У Му слегка кивнул и сказал:

— Можно понять и так.

«Если традиционные митохондрии подобны прецизионному „двигателю на химическом топливе“, то митохондрии, модифицированные марсианской бактерией Куши, представляют собой „интеллектуальную микроэнергостанцию“, объединяющую химическое топливо, технологию совместного сгорания нескольких видов топлива, фотоэлектрическую генерацию и пьезоэлектрическую рекуперацию».

«Разумеется, это не означает, что мутировавшие митохондрии способны выполнять все эти задачи в одиночку; скорее, они могут делать это в сочетании с организмом хозяина, глубоко инфицированным марсианской бактерией Куши, используя кремниевую мутацию».

«Например, у этой подопытной дрозофилы после модификации структуры митохондрий с помощью технологий генного редактирования и последующего заражения марсианской бактерией Куши внешнее строение тела претерпело огромные изменения».

«Возьмем, к примеру, крылья. Обычно крылья дрозофилы состоят из хитина и белков. Однако в крыльях мутировавшей мухи основную долю занимает некий кремний-железо-серный белок».

«В определенной степени это ослабило летные способности дрозофилы. Снижение доли хитина, а также отсутствие способности исходных белков к накоплению энергии привели к сокращению времени полета».

«Но взамен это наделило дрозофилу совершенно новой способностью».

Сказав это, У Му посмотрел на Сюй Чуаня и с улыбкой произнес: «Академик Сюй, не хотите ли угадать, какой способностью теперь обладает мутировавшая дрозофила?»

Услышав этот вопрос, Сюй Чуань нерешительно спросил: «Она способна к фотосинтезу и может напрямую извлекать энергию из радиации?»

Профессор У Му: «Можно сказать и так, но это отличается от традиционного фотосинтеза растений в нашем понимании; это ближе к фотоэлектрическому эффекту».

«Проще говоря, эта кремниевая система мембран клеток рогового слоя кожи и некоторых подкожных клеток образует упорядоченную кремниевую n-i-p структуру (n-тип — собственный — p-тип)».

«Мы также провели предварительные эксперименты, имитируя условия Марса: поместили эту дрозофилу в среду с низким содержанием кислорода и низким давлением. Под воздействием солнечного света, когда лучи попадают на кремний-железо-серный белок, это позволяет мутировавшим митохондриям поддерживать эффективный поток электронов даже при низком парциальном давлении кислорода. Выработка АТФ при освещении увеличивается дополнительно на 25–40%».

«То есть она может адаптироваться к среде с низким содержанием кислорода».

«Я даже подозреваю, что она сможет выжить в безвоздушном космическом пространстве».

«Однако из-за ограниченного количества экспериментальных образцов мы пока не проводили подобных испытаний».

На этом моменте профессор У Му замолчал.

Затем он перевел взгляд на лежащие перед ним экспериментальные данные и отчеты и с чувством произнес: «Должен сказать, эти микроорганизмы, обнаруженные на Марсе, поистине удивительны. Скрытая в них ценность превосходит любые сокровища!»

«Одной только способности изменять систему энергоснабжения хозяина недостаточно, чтобы описать ее ценность словом „бесценная“».

«Возможно, это шанс, способный полностью изменить путь человеческой цивилизации к звездам и освоению Вселенной!»

http://tl.rulate.ru/book/130370/9575326