Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 2 (1989) (1095848), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Структура кристаллов бактериальиого магиетита применимы и к рассмотрению процессов образования бактериального магнетита. Цель данной главы-обсуждение этих принципов в свете новых данных, полученных при исследовании структурных и морфологических особенностей бактериального магнетита с помощью просвечивающей электронной микроскопии высоко~о разрешения (ПЭМВР). 2. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (ПЭМВР) ПЭМВР пользуется признанием как метод, позволяющий исследовать структуру кристаллических, псевдокристаллическнх и аморфных веществ с нанометровым разрешением.
Его использовали при изучении самых различных неорганических минералов (Нпгс)пзоп е! а1., 1977), а в последнее время — и для изучения неорганических твердых образований биогенного происхождения, таких, как карбонат калы!ия (Мапп е1 а!., 1983), диоксид кремния (Мапп, Ъ%й(ашв, 1982) и окснд железа (ГезО4). Результатам исследований последнего и посвящена настоящая глава Основные направления использования ПЭМВР в химии твердого тела схематически изображены на рис. 15.1. Этот метод применяют с целью изучения структуры и свойств веществ путем непосредственного получения изображения их кристаллических решеток в электронном микроскопе.
Таким образом можно исследовать процессы зарождения н роста кристаллов, а также выявлять причины отклонения от идеальных структуры и стехиометрии. Потенциальные воэможности ПЭМВР связаны, в частности, с тем, что для кристаллов определенной толщины (обычно не превышающей 100 А) фазово-контрастное изображение на электронной микрофотографии, полученной в условиях специальной дефокусировки (дефокусировки Шверцера), достаточно хорошо отражает проекцию распределения атомных потенциалов в кристалле. В идеалъном случае изучаемый объект и полученное иэображение соотносятся как один к одному. Однако на практике интерпретация электронных микрофотографий, полученных с высоким разрешением, затруднена в силу зависимости получаемых таким образом изображений от аберраций микроскопа, толщины образца (в котором возможны эффекты многократного рассеяния) и условий дефокусировки.
Эти факторы могут быть учтены при расчете контрастности изображения таким образом, чтобы можно было сравнивать экспериментально полученное и модельное изображения и оценивать полноту передачи структурных данных от объекта к фотопластинке электронного микроскопа. Сочетание ПЭМВР с локальной электронографией (или с каким-либо другим методом, основанным на регистрации микродифракцин электронов) позволяет изучать отдельные микрокристаллы, и в час~ности, частицы магнетита, образуемые магниточувствительными бактериями. При этом можно в принципе получать информацию о зарождении н 60 Ч. 1К 1ьхагнитарецелция и магнитные минералы пзмвр Сводвннп о геомвтрии Сввдвння о ьгоунгуро Нпнрисьаппичвонип ввшеогаа РазмеР минронасгин Морфопогия минронвоуин Прногвппиннсние вещества Лоивпьнпя упорппочвнность Лонвпьныо двфвнуы (д, нс,дс,дн1 Заромдвнив н рога нрисувппов Огнпонения от ствхномотрни Сведения о хиничвопом ооотаве твердых зпп Рнс.
15.1. Схема, иллюстрирующая основные обпасти применения ПЗМВР пря исследовании твердых веществ. Д-дислокация; КС-крисгаппографяческнй сдвиг; ДС- доменные структуры (междомеппые грапицы в двойниках и сросшихся кристаллах); ДУ -дефекзы укладки плоскостей крясталличоской решетки.
росте отдельных кристаллов. Подобная информация недоступна, если используют традиционные методы определения структуры, такие как, например, дифракция рентгеновских лучей, поскольку в данном случае результаты носят статистический характер. Однако, предлагая на основе полученных изображений кристаллических решеток общие механизмы формирования кристаллов, необходимо соблюдать осторожность„поскольку помимо проблем с интерпретацией данных существуют также проблемы, связанные с тем, что исследованию подвергается только небольшая фракция образца, и поэтому могут быль сомнения, представительна ли эта выборка.
3. Материалы и методы С помощью ПЭМВР исследовали бактернальный магнегит, полученный из двух различных источников. 15. Структура кристаллов бактериального магнетита 61 3.1. Клетки Адиаурт11ит тадпе!огас!1сит А. тайне!огасасит представляет собой микроаэрофильную бактерию, для которой разработана методика выращивания в чистой культуре (В1а)сешоге е! а!., 1979; Мага!еа, В!а1сепюге, 1981).
Данные электронной микроскопии низкого разрешения показывают, что длина клеток этой бактерии составляет примерно 3 мкм и что они содержат в среднем по 20 заключенных в оболочку частиц магнетита (магнитосом) диаметром 40-50 нм, образующих в каждой клетке по одной цепочке, вытянутой вдоль продольной оси клетки (Ва!!сю!1 е! а1., 1980). Клетки А. таапегогаеаеит образуют магнетит только в микроаэробных условиях, накапливая железо в количествах, превышающих его внеклеточную концентрапшо в 20000 — 40000 раз (В1акешоге е! а!., 1979).
Размеры частиц магнетита соответствуют размерам одиночного магнитного домена, а цепочка магнитосом придает клеткам постоянный дипольный магнитный момент, вектор которого параллелен оси движения клетки, что позволяет бактериям ориентироваться в магнитном поле Земли (Ргап)се), В!а1сепюге, 1980). Недавние исследования э~ого организма с помощью мессбауэровской спектроскопии показали (Ргап)ге! е! а!., 1983), что помимо магнетита в клетках содержится фаза, образованная гидратом оксида железа и связанная с магнитосомами. Поскольку эти данные носили статистический характер и не содержали сведений о локальной структуре и упорядоченности фазы, образованной гидратом оксида железа, для локализации межфазной границы и исследования процессов взаимодействия между двумя железосодержашими фазами в пределах отдельной магнитосомы мы использовали ПЭМВР.
Стратегия эксперимента включала определение кристаллографической структуры, степени упорядоченности и морфологии кристаллов, а также изучение процессов их роста путем непосредственного получения изображения кристаллической решетки магнетита, находящегося в интактнввх клетках бактерий. Исследование кристаллов !и в1!ц позволяло избежать многих чреватых артефактами воздействий, связанных с процессами выделения кристаллов из клеток, а также давало возможность изучать частицы магнетита, находящиеся на различньвх стадиях формирования кристалла. Кроме того, это позволяло получать данные о кристаллографической ориентации и степени кристаллизации каждой отдельной цепочки магнитосом. 3.2.
Магниточувствительные кокковидные клетки Методика выращивания чистой культуры этих клеток не разработана, поэтому их вьщеляли из сложной системы, моделирующей естественную среду обитания и подробно описанной в литературе (Моепс)ь Копе!х)га, 62 Ч. 1К Магнитореиениин и магнитные минералы 1978). Выделение частиц магнетита проводили по известной методике (Топе, МоепсЬ„!981).
Образец, содержащий слипшиеся частицы магнетита, инкубировали в течение ночи при комнатной температуре в 5,25»г'-нем растворе гнпохлорита натрия для удаления органических остатков, которые могли прилипнуть к частицам магнетита. Суспензию, содержащую частицы магнетита, несколько раз центрифугировали и осадок каждый раз суспенднровали в дистиллированной воде.
Исследование кристаллов в ннтактных клетках не проводили из-эа невозможности получить чистую культуру последних. Поэтому данные о росте кристаллов в этой биологической системе основаны только на результатах наблюдения за изолированными кристаллами. 3.3. Электронная микроскопия При исследовании магнетита у А.
таднеюгаеиеип ннтактные, не подвергавшиеся фиксации клетки высушивали на воздухе на медных сетках для электронной микроскопии (диаметром 2,3 мм), покрытых в качестве подложки последовательно нанесенными пленками углерода и формвара. При исследовании кристаллов магнетита, выделенных из магниточувствительных кокковидных клеток, частицы, образованные слипшимися кристаллами, суспендировали с помощью ультразвуковой обработки в дистиллированной воде, каплю полученной суспензии наносили на сетку и высушивали на воздухе, как описано выше. При проведении обеих серий экспериментов использовали электронный микроскоп марки «Джиол 200 СХ» ()ЕОЬ 200 СХ) с хатодом повышенной яркости марки (,аВ» и с разрешением по точкам 2,5 А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
