Шесть типов облаков, которые нужно знать – и что они рассказывают о погоде
Современные прогнозы погоды основаны на сложных компьютерных симуляциях. Эти симуляции используют физические уравнения, описывающие атмосферу, включая движение воздуха, солнечное тепло, формирование облаков и дождя. Постепенное улучшение прогнозов со временем означает, что сегодняшние пятидневные прогнозы настолько же точны, насколько 20 лет назад были точны трёхдневные.
Но вам не нужен суперкомпьютер для предсказания того, как изменится погода у вас над головой в ближайшие несколько часов – подобные приметы известны в разных культурах уже много тысяч лет. Следя за небом и обладая некоторыми знаниями по формированию облаков, можно предсказать, будет ли дождь.
Более того, небольшое понимание физики формирования облаков подчёркивает сложность атмосферы и проливает свет на причины того, почему предсказание погоды на срок, больший, чем несколько дней, оказывается такой сложной задачей.
Вот шесть видов облаков, которые можно увидеть, и то, как они могут помочь вам понять погоду.
1) Кучевые облака
Небольшие белые пушистые облака
Облака появляются, когда воздух охлаждается до точки росы, температуры, при которой воздух уже не справляется с содержащимся в нём водяным паром. При этой температуре водяной пар конденсируется и формирует капельки жидкой воды, которые мы видим, как облако. Чтобы это произошло, воздух необходимо заставить подняться в атмосфере, или же влажный воздух должен войти в контакт с холодной поверхностью.
В солнечный день лучи греют землю, которая греет воздух, расположенный прямо над ней. Нагретый воздух благодаря конвекции поднимается вверх и формирует кучевые облака. Эти облака «хорошей погоды» похожи на вату. Если посмотреть на небо, заполненное кучевыми облаками, можно увидеть, что у них плоское дно, расположенное на одном уровне для всех облаков. На этой высоте воздух, поднявшийся с уровня земли, охлаждается до точки росы. Из кучевых облаков дождь обычно не идёт – а значит, погода будет хорошей.
2) Кучево-дождевые облака
Небольшие кучевые облака дождём не проливаются, но если они увеличиваются и растут по высоте, это признак того, что скоро будет сильный дождь. Это часто случается летом, когда утренние кучевые облака днём превращаются в кучево-дождевые.
Недалеко от земли кучево-дождевые облака чётко оформлены, но с высотой они начинают становиться более дымчатыми по краям. Такой переход указывает на то, что облако состоит уже не из капель воды, а из кристаллов льда. Когда порывы ветра выдувают капли воды за пределы облака, те быстро испаряются в более сухом окружении, из-за чего у водяных облаков очень резко очерчены края. Ледяные кристаллы, выносимые за пределы облака, не испаряются так быстро, из-за чего края такого облака выглядят более дымчатыми.
Кучево-дождевые облака часто имеют плоскую верхушку. Внутри такого облака происходит конвекция воздуха, и он постепенно охлаждается, пока не достигнет температуры окружающей атмосферы. В этот момент он теряет плавучесть и уже не может подниматься выше. Вместо этого он распространяется в стороны, образуя характерную форму наковальни.
3) Перистые облака
Перистые облака могут знаменовать приближение тёплого фронта и дождя
Перистые облака формируются в очень высоких слоях атмосферы. Они дымчатые, поскольку полностью состоят из кристаллов льда, падающих в атмосфере. Если перистые облака переносят ветра, движущиеся с разными скоростями, они приобретают характерную загнутую форму. И только на очень больших высотах или на высоких широтах перистые облака выдают дождь, достигающий земли.
Но если вы заметили, что перистые облака начинают покрывать большую площадь неба, становятся ниже и толще, то это верный признак приближения тёплого фронта. В тёплом фронте встречаются тёплые и холодные воздушные массы. Более лёгкий тёплый воздух поднимается над холодным, что приводит к формированию облаков. Опускание облаков говорит о приближении фронта, и о том, что в следующие 12 часов пойдёт дождь.
4) Слоистые облака
Слоистые облака: мрачно
Слоистые облака – низко расположенная, непрерывная облачная простыня, покрывающая небо. Слоистые облака формируются медленно восходящим воздухом или несильным ветром, покрывающим влажным воздухом холодную землю или поверхность моря. Слоистые облака тонкие, поэтому, несмотря на мрачную картину, дождь из них вряд ли пойдёт, максимум небольшая морось. Слоистые облака идентичны туману, поэтому, если вы когда-нибудь шли по горной местности в туманный день, вы находились внутри облака.
5) Лентикулярные облака
Два последних типа облаков не помогут вам предсказывать погоду, но дадут первичное представление о чрезвычайно сложных движениях атмосферы. Гладкие и линзообразные лентикулярные облака формируются, когда воздух выдувается вверх и через горную гряду.
Перевалив через гору, воздух спускается до прежнего уровня. В это время он разогревается и облако испаряется. Но он может проскочить и дальше, в результате чего воздух вновь поднимется вверх и сформирует ещё одно лентикулярное облако. Это может привести к появлению цепочки облаков, простирающихся далеко за границы горной гряды. Взаимодействие ветра с горами и другими особенностями поверхности – одна из множества деталей, которые необходимо учитывать в компьютерных симуляциях для получения точных предсказаний погоды.
6) Кельвина — Гельмгольца
И, наконец, мои любимые. Облака Кельвина – Гельмгольца напоминают ломающуюся океанскую волну. Когда воздушные массы на разных высотах двигаются по горизонтали с разными скоростями, их состояние становится нестабильным. Граница между воздушными массами начинает покрываться рябью и формирует крупные волны.
Такие облака встречаются довольно редко – лично я видела их единственный раз над Ютландией, западной Данией – поскольку мы можем наблюдать этот процесс в атмосфере, только если в нижней воздушной массе есть облако. Тогда оно может обрисовать ломающиеся волны и обнаружить запутанные движения, происходящие у нас над головой, которые обычно не видны.
Феномен радужных облаков — что это такое и где их можно увидеть
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
Для того чтобы радужные облака сформировались, требуется сразу целый набор условий. Солнце должно быть поднято на 58 градусов или выше, на небе уже должны присутствовать перистые облака с пластинчатыми кристаллами льда, и солнечные свет должен проникать в кристаллы льда под определенным углом.
Иначе говоря, тяжелые грозовые тучи никогда не бывают радужными — для этого они слишком плотные. А вот если на «высоком» небе виднеются отдельные «перышки» или «клочки» облаков, то у тех, которые находятся ближе всего к светящему солнцу, есть возможность окраситься в радужные цвета. Иногда радуга возникает даже в конденсационных следах самолетов.
Также важно, где именно находится наблюдатель. Радужные облака невозможно увидеть, если человек находится севернее 55-й параллели северой широты (то есть севернее Дании или севернее города Омска) или южнее 55-1 параллели южной широты (то есть в районе Антарктики).
Еще одна сложность — это то, что такие облака находятся в непосредственной близости к солнцу — в 3-17 градусах от него. Смотреть на солнце трудно, поэтому увидеть в такой близости от него радугу можно разве что через темные глаза или с помощью закопченного стекла. Иногда так получается, что солнце закрывается другим облаком, и радужное облако становится более видным и более ярким. Иногда расстояние доходит до 30 градусов — тогда радужные облака видны и невооруженным глазом.
Так что же такое радужные облака? Это, на самом деле, самые обычные облака, просто свет в них для наблюдателя преломляется в виде спектра. Такое преломление называется иризацией. Для ее возникновения нужно наличие охлажденных каплей воды, которые находятся на грани превращения в кристаллы льда. Такое чаще всего бывает в гористой местности — там воздух обычно без примесей, и капли воды в облаках дольше остаются в жидком состоянии. Именно через такие капли свет иризуется и человек на земле видит радугу.
Какие бывают облака: название и фото
Доброе утро, давно ли вы смотрели на небо? Мы так много упускаем, много синего цвета, белоснежных облаков и воздушной живности… И сегодня я вас заставлю немного времени уделить небу. Ведь вы узнаете, какие бывают облака: название и фото, а так же их подробное описание, и как они формируются. Самое время найти примеры в природе, а не на фотографиях.
Что это есть
Облака – сконденсированная влага, это мы еще в школе проходили. Вода с Земли испаряется, а в небе она скапливается в виде такого облака. Примечательно, что в облаке вода находится во всех трех состояниях – как вода, пар и лед. Лед обеспечивает белый цвет.
Капли воды превращаются в облака, если в воздухе есть пыль. К каждой пылинке прилипает какое-то количество водички, потом они слипаются друг с другом. Простой вывод – нет пыли, нет облаков.
Они образуются на высоте 10-18 километров, а самые редкие и самые высокие мы видим на высоте 80 км, они называются серебристыми и перламутровыми!
Несмотря на это, почти все осадки из облаков испарятся до падения на землю, а дождевые и грозовые расположены «всего» на высоте 2 километров. Зато такая тучка может быть до 5 километров высотой.
Виды по высоте
Первая классификация, почти научная, по высоте.
Верхний ярус
В среднем высота это яруса от 6 до 18 км, это зависит от широты, да и облака редко спрашивают разрешения, где им можно быть, а где нет.
Тут обитают перистые, слоистые и кучевые виды. С этого расстояния осадки до нас не долетают, так что у них там своя атмосфера и поливают дождем они нижележащих товарищей.
Средний ярус
Средняя высота – 2-8 км от Земли, осадки нижних «радуют» нас градом и грозой. А верхняя половина поливает дождиком своих нижних соседей. Все облака здесь смешанной природы. Интересно, что даже без осадков облака на этих высотах значат приближение плохой погоды.
Нижний ярус
Примерно до 2 км высотой и эти облака почти всегда заканчиваются осадками. Нижняя граница всего 100 метров, так что низкие тучи – совсем не иносказание. Эти тучки будут уже серые, плотные и достаточно однородные. Серый цвет означает большое количество жидкой воды.
Виды по форме
Представляете, эта классификация появилась в 1802 году и с тех пор только обрастает новыми видами, но сама структура неизменна.
Перистые
Самые высокие, не считая перламутровые и серебристые. Целиком состоят из льда, но количество воды в них очень маленькое. Они обычно очень растянуты в высоту. Так как жидкой воды в них нет, то они обычно белого цвета. Они могут быть, как перья, нити, хлопья и очень редко – как плотный слой.
Перисто-кучевые
Еще одни фактически перистые, но они уже сформированы в кучки. В маленькие кучки, которые перемещаются по небу стайками. Вы их точно видели – будто рябь на воде. Они очень скоротечны, ведь на такой высоте ветер гонит тонны льда, как перышки.
Перисто-кучевые состоят из льда, но его очень мало. Они не образуют тени, а сквозь них отлично видно не только солнце, но и звездное небо.
Перисто-слоистые
Это даже облаком назвать сложно. Тонкая марлевая пелена на небе. Они тоже белые, из льда и расположены очень высоко. Сквозь них просвечивает вообще все, а еще перисто-слоистые любят создавать ореол вокруг солнца.
Высококучевые
Еще одна рябь в небесном океане, но теперь в средних слоях и куда более плотные. Здесь уже встречается жидкая вода, так что они бывают белые и сероватые.
Осадков не дают, просвечивают только по краям. Это те же маленькие облачка, которые перемещаются стайками. Их сотни видов, потому что образуются сотнями способами.
Высокослоистые
Первый вид, способный давать дождь и снег. Если в верхних слоях атмосферы слоистые похожи на слой тонкой марли, то тут уже полноценный туман в портовом городе. Только высоко.
Даже солнце сквозь них видно, как светлое размытое пятно. Бывают как белые, так и серые, которые и обещают нам осадки.
Слоисто-дождевые
Мы пришли в нижний ярус. Как сказано в названии, они очень часто обрушиваются дождем и снегом. Это темно-серые, низко висящие сплошные облака. Питерское небо – прекрасная иллюстрация «низкого неба над головой». Они совершенно неоднородны и могут образовывать красивые узоры.
Слоисто-кучевые
Еще одни дождевые из нижнего яруса. Выглядят или как неоднородная, бугристая сплошная пелена на небе. Если есть просветы синего неба – они принесут Вам только тень, а если просветов нет, то ждите моросящего дождя или легкого снега. Чаще светло-серого цвета.
Слоистые
Очень низкие, те, которые могут висеть и в 100 метрах от Земли. Они не несут серьезных осадков, максимум — моросящий дождь и легкий снег. Это то, что вы видите в пасмурную погоду, серый слой прямо над городом, будто кто-то положил слоеную булочку.
Они быстро и непринужденно переходят в слоисто-кучевые и слоисто-дождевые облака, так что пасмурная погода легко превращается в дождь. Вы слоистые виды еще видели в виде тумана на уровне крыш домов по утрам.
Кучевые
Самые красивые, которые все дети рисуют на картинках неба. Они тоже образуются и путешествуют в нижнем ярусе, на высоте до 2 километров. В сухом климате могут подниматься сильно выше, в верхнюю половину среднего яруса.
Из-за особенностей их возникновения, они не любят холодную погоду. Да и летом предпочитают на ночь распадаться. Несут в себе дождь. Они только кажутся маленькими, по факту их высота от 200 до 2000 метров.
Кучево-дождевые
Поздравляю, мы дошли до последнего вида и до единственного грозового. Только эти серые кучевые облака дают нам грозы и молнии. Хотя нет, молнии могут возникать и выше, но мы их едва ли увидим. Редко поднимаются до 5 километров, обычно также путешествуют по нижнему ярусу.
Им все равно на сезон, если Вам суждено намокнуть – они Вас найдут. Они редко сливаются в единое большое облако, но прекрасно соседствуют с более высокими видами, так что визуально действительно сливаются.
Редкие
Не могу не упомянуть и действительно редкие виды облаков, вдруг вы какие-нибудь из них видели.
Грозовой воротник
Коридор из слившихся кучевых, предшествует серьезному похолоданию и грозе.
Выступающие
Это настоящая волна из облака, которая накатывает на местность. Они родственны грозовому воротнику и также образуются, но масштабнее и связаны с облаками в более высоких слоях.
Утренняя Глория
Они тоже похожи внешне на грозовой воротник. Это длинные трубы облаков, которые буквально можно потрогать – всего 100 метров над Землей. Они бывают по всей планете, но «по расписанию» появляются только в Австралии. Так что смотреть – туда.
Они очень опасны. Они буквально приносят ветер, которые резкими порывами сносит палатки и даже машины.
Линзовидное
Для жителей гор это не редкость, ведь чаще всего такая красота образуются вокруг вершины гор. Похожи на линзу, огибают вершину. Необычно то, что они могут часами висеть на одном месте, даже если дует ураганный ветер.
Вымеобразные
А это тропические гости, предвещающие циклоны. Просто посмотрите на их внешний вид. Из-за просвечивания солнцем они часто не серые, а голубые, золотые и даже красные.
Серебристые
Практически космические облака, ведь висят они на высоте 80 км! Они слишком тонкие и прозрачные, чтобы найти их днем, зато ночью они сами будто светятся. Наблюдаются чаще в умеренных широтах летом.
Перламутровые
Еще один гость из космоса, но уже «всего» 30 километров. На этой высоте так мало воды, что облака собираются раз в пару десятилетий. Видели их единицы.
И на сегодня будем заканчивать, а то много фотографий вышло. И не забудьте посмотреть на небо и запланировать поездку в одно из мест, где можно увидеть редкий вид облаков.
С Вами была Алла, мечтатель, видящий в облаках волшебные замки.
Топ-10 самых редких видов облаков
А вы часто смотрите на небо?
Природа создала множество видов облаков разных форм, размеров и цветов. При этом некоторые встречаются настолько редко, что возможно, единственный случай увидеть их это познакомиться с ними в ниже представленном списке без особого порядка.
Утренняя глория — редкое метеорологическое явление, состоящее из низко расположенных атмосферных волн. Иногда наблюдается в различных местах по всему миру, однако в южной части залива Карпентария в Северной Австралии его можно увидеть более или менее регулярно. Эти облака могут составлять до 1 тыс. км в длину, возникают они на высотах от 100 до 200 метров, часто движутся со скоростью 10–20 метров в секунду. Существуют различные гипотезы об их формировании, но точного объяснения этому явлению пока не существует.
Грозовой воротник или выступающие облака (Cumulonimbus arcus) — общее название разновидностей кучево-дождевых облаков, которые выглядят как длинный вал. Этот тип облаков образуется чаще всего на границе атмосферных фронтов, всегда на переднем крае грозы. В области их возникновения, как правило, появляются сильный дождь и порывистый ветер, шквал.
В список самых редких видов облаков входит Эффект Fallstreak. Это редкое метеорологическое явление, представляющее собой большой круглый либо эллиптический разрыв, который может появиться в перисто-кучевых или в высококучевых облаках.
Лентикулярные или линзовидные облака образовываются на высоте от 2 до 15 км близь горных хребтов на гребнях подветренных волн, возникающих в результате преодоления ветром препятствий. Они часто связаны с приближением атмосферного фронта.
Облака Кэльвина Хельмхольца
Облака Кэльвина Хельмхольца или волнистые облака — особый вид облаков, которые выглядят как морские волны. Они образуются, когда два слоя воздуха перемещаются с разной скоростью в атмосфере. Причём верхние слои движутся на большей скорости, чем нижние и в результате неустойчивости Кельвина — Гельмгольца образуются эти красивые волнообразные структуры. Их можно наблюдать в верхнем слое тропосферы, как правило, в ветряные дни, когда есть разница в плотности воздуха, например, при инверсии температуры.
Серебристые облака — редкое атмосферное явления, которое можно увидеть лишь в глубоком сумраке, обычно в летние месяцы. Это самые высокие облака на Земле. Движутся они в мезосфере на высоте 76–85 км со средней скоростью около 27,8 метров в секунду.
Altocumulus Castelanus также известны как облака-медузы — редкие облака, образовывающиеся на высоте около 5 тыс. м. Могут быть предвестниками сильных ливней и гроз.
Вымеобразные или трубчатые облака — редкие облака (за десятки лет могут наблюдаться 1–2 раза), которые имеют специфическую ячейковую или сумчатую структуру размером около 0,5 км. Встречаются они в тропических широтах и связаны с образованием тропических циклонов.
Перламутровые облака — облака, образующиеся в стратосфере на высоте около 20–30 км. Наблюдаются сравнительно редко. Их можно увидеть лишь в зимне-весенний период, преимущественно в полярных широтах при аномально низких температурах после захода или перед восходом Солнца, когда оно находится от 1 до 6 градусов ниже горизонта. Днём на фоне яркого рассеянного света перламутровые облака становятся невидимыми.
бм ругался на 2 фото, но описания данного облака там не было.
А у нас в Калуге в этом году были 21 июня
А я в Новосибирске видел вымеобразные облака. Хотя тропиками и не пахло.
Видео тайм лапс с серебряными облаками. Рекомендую
Вымеобразные облака в Новосибирске время от времени наблюдаем.
В моеё коллекции есть что-то похожее на вымеобразные облака и серебристые
В прошлом году в Аризоне.
По моему «перламутровые облака» получились просто из-за хренового качества фото
Грозовой воротник. Наконец-то я знаю название той хрени, что чуть не сорвала створку окна дома. Я ещё как дебил стоял у окна и любовался на странной формы облачный фронт.
как то лет 8 назад видел грозовой воротник в форме кольца, и он был прямо над нами.
красотища-жуууть, дождя почти нет, и молнии штук 20 в минуту
Снег, лёд и скалы
Последние дни ноября, провожали осень, хоть там уже давно началась зима.
Гавайи
Зимнее солнце
Продолжение поста «Ну красавчиг же!»
Я же говорил, что наглый и ему пофигу на «красивое» ))
Ну красавчиг же!
И с ними не прокатывает:
«- Вы рыбов продаёте?
— Нет показываем. «
Хр. Уреньга. Предзакатное
Вид на хр. Зюраткуль с хр. Уреньга
Закат на хр.Уреньга
Пей, малыш, мне не жалко
Святилище на о. Большие Аллаки
Аляска
Туман. Начало
Обитель осени
Тихий уголок в Великобритании
Великобритания, графство Камбрия.
На снимке запечатлен озерный остров Дервент. Поместье на острове было построено в XVIII веке и сейчас находится в распоряжении Национального фонда Великобритании. Здание открыто для посещения пять дней в году.
Предки митохондрий были паразитами?
Конечно кто-то может возразить, что это всего лишь гипотеза, однако эта гипотеза уже давно переросла в эндосимбиотическую теорию и является общепринятой в кругах учёных. Так уже давно считается, что митохондрии произошли когда-то от альфа-протеобактерий, вероятно, два миллиарда лет назад. Но, остается неясным, что составляло начальный эндосимбиоз между альфа-протеобактерией и ее хозяином. В частности, какую роль сыграл митохондриальный предок, инициировавший эндосимбиоз? В связи с этим вопросом возникают и другие. Например:
Для объяснения всех обстоятельств и ответов на все вопросы, связанные с основными эндосимбиотическими событиями, выдвигались разные гипотезы зачастую противоречащие друг другу. Так, например, «Водородная гипотеза» предполагала метаболическую синтрофию между водорода-продуцирующими альфа-протеобактериями и водорода-зависимыми археонами, как движущую силу эндосимбиоза.
В связи с этим в последнее время стала набирать ещё одна гипотеза возникновения митохондрий, которая рассказывает нам о паразитических предках митохондриях. Эта гипотеза на данный момент кажется является более достоверной, так как подкрепляется большим количеством данных. Так в 2020 году вышло огромное филогенетическое исследование показывающее близкое родство митохондрий с паразитическими бактериями. [1]
Но не менее интересное исследование, с которого всё и началось, произошло в 2014 году [2].
Хотя мне следует чуть-чуть поправить себя, так как предположения о митохондриях-паразитах высказывались не однократно и ранее, но именно это исследование можно назвать самым крутым и начальной «точкой отсчёта» к последующим событиям в научной среде. Поэтому сегодня именно его я и буду рассматривать.
А всё началось как раз с реконструкции митохондриального предка, который имеет большое влияние на наше понимание происхождения митохондрий. Так все выше описанные мной гипотезы объяснялись исследованиями, которые в основном были сосредоточены на реконструкции последнего общего предка всех современных митохондрий, так называемых прото-митохондрий, но не основывались на более информативных премитохондриях, которые по сути были ещё древнее прото-митохондрии, так как они включали последнего общего предка как митохондрий, так и их сестринской клады альфа-протеобактерий.
Самые известные из них это вольбахии и риккетсиалы (отряд в который входят риккетсии). Последние нас интересуют больше всего, так как именно они успели поучаствовать в реконструкции предка митохондрий, а точнее их метаболизма в 2014-м году.
Так, чтобы получить представление об обстоятельствах, которые окружали начальное событие эндосимбиоза, учёные старательно реконструировали метаболизм прото-митохондрий и премитохондрий. Для этого они сначала восстанавливали прото-митохондриальные гены, которые в процессе эволюции были потеряны для ядра. Учёные назвали эти гены ядерными генами митохондрий. Восстановление этих генов являлось предпосылкой для реконструкции митохондриальных предков. Предыдущие попытки найти прото-митохондриальные гены были безуспешны так как основывались на довольно ограниченной доступности бактериальных и эукариотических геномов на момент их изучения [3;4].
Используя значительно увеличившееся представление геномов эукариот и альфа-протеобактерий, исследователи провели филогеномный анализ для систематической идентификации ядерных генов, происходящих из митохондрий. Гены эукариот с наибольшим попаданием в BLAST митохондрий / альфа-протеобактерий сначала были объединены в группы генов. Филогенетическое дерево было реконструировано для каждого семейства, и ядерные гены, которые сгруппировались с альфа-протеобактериями на деревьях, были идентифицированы как происходящие из митохондрий.
Начав с 427186 генов из 30 эукариотических геномов, представляющих широкий диапазон филогенетического разнообразия, они идентифицировали 4459 генов, принадлежащих к 394 семействам, как ядерные гены митохондрий. Чтобы исключить недавний перенос генов, специфичных для клонов, между альфа-протеобактериями и эукариотами, генные семейства должны были присутствовать по крайней мере в двух альфа-протеобактериальных и двух эукариотических линиях. Собственно, так и произошло. Таким образом учёные смогли идентифицировать, что ядерные гены из 394 семейств присутствуют в прото-митохондриях.
Всё это есть и в современных митохондриях. Однако учёные обнаружили и то, чего в прото-митохондриях не было. Так в них отсутствовали функциональные категории, такие как репликация ДНК и транскрипция, также в значительной степени отсутствовали в реконструированном метаболизме и гетеротрофные углеводные обмены, такие как гликолиз и пентозофосфатный путь. Таким образом реконструкция прото-митохондрии показала упрощённого предка митохондрии более похожего на современную митохондрию, что опровергло предыдущие гипотезы о ближайших предках митохондрий, которые имели огромное множество разнообразных функций.
При дальнейшем изучении уже самих митохондрий учёные по-новому взглянули на метаболизм эукариот, происходящий главным образом благодаря этим органеллам. Особый интерес представлял ряд генов, участвующих в метаболизме липидов эукариот. Были идентифицированы несколько генов, участвующих в биосинтезе нуклеотидов de novo, как происходящих из митохондрий. Обнаружены были и ферменты, участвующие в биосинтезе стероидов предполагающие, что митохондриальный предок внес свой вклад в биосинтез оных. Вишенкой на торте можно назвать идентификацию церамидгликозилтрансферазы (COG1215).
А интересно то, что этот фермент расположенный на «ассоциированной с митохондриями мембране», специфическом субдомене ER, который связывает этот самый ER и митохондрии, обнаружился и в риккетсиях. Для понимания замечу, что все эти самые гликосфинголипидные, и церамидные структуры, повсеместно присутствуют в качестве важных мембранных компонентов почти во всех эукариотических клетках и митохондриях, а это в свою очередь говорит нам о том, что присутствие этих структур в бактериях являются крайне редкими. При этом, что интересно, ген отвечающий за все эти субстраты и гликолипидные продукты, присутствующий в бактериальных клетках всё же различается от эукариотических гликозилтрансфераз. Следовательно, данный факт указывает на бактериальное происхождение этого гена, который был приобретён эукариотами для новой функции по синтезу собственных эндомембран, а также по перекрестному взаимодействию и перемещению липидов между митохондриями и субодменом ER. Интересные результаты не так ли?
В результате получилось, что митохондрии поместились в отряд к риккетсиалам в качестве сестринской клады по отношению к семействам Rickettsiaceae, Anaplasmataceae и Candidatus Midichloriaceae, которую в свою очередь были подчинены семейству Holosporaceae.
Стоит отметить, что представители этих семейств являются паразитами. Так, учёные в этой работе показали, что все пять линий секвенированных риккетсиалов тесно связаны с митохондриями. Далее основываясь на приблизительной линейной зависимости между числом семейств генов, средним числом генов и размером генома учёные заметили, что геном премитохондрий сокращался. Это типично для облигатной внутриклеточной бактерии и предполагает, что сокращение генома шло полным ходом до того, как митохондрии отделились от альфа-протеобактерий, т. е. стали настоящими митохондриями.
Продолжив генетические исследования, учёные стали сравнивать реконструированные прото-митохондрии и премитохондрии. Оказалось, что в отличии узкоспециализированных прото-митохондрий, премитохондрии были способны к гораздо более разнообразному метаболизму. Помимо основных путей, премитохондрии участвовали в трансляции, в клеточной стенке, LPS и биогенезе мембран, в производстве энергии, репликации, рекомбинации и репарации ДНК, они обладали множеством ключевых метаболических путей, включая гликолиз, цикл TCA, пентозофосфатный путь и путь биосинтеза жирных кислот. Кроме того, премитохондрии обладали большим количеством генов, участвующих в синтезе различных кофакторов, таких как рибофлавин, фолат, биотин и убихинон.
Дальнейшие исследования премитохондрий показали, что они кодируют пластидно-паразитарный тип транслоказы АТФ / АДФ, которая импортирует АТФ от хозяина, что делает премитохондрию энергетическим паразитом. Последующие сравнения генов риккетсиалов с премитохондриями, а также построения филогенетических деревьев показало, что премитохондрии вероятно обладали способностью дышать в условиях низкого содержания кислорода и имели жгутики, которые наследовались вертикально, а не через горизонтальный перенос. Электронная микроскопия части эндосимбиотических бактерий также показала наличие рудиментарных жгутиков. Т.е. данное исследование показывает нам предка митохондрии, который мог жить в условиях с низким содержанием кислорода, обладающим жгутиком и являющимся паразитом, что, казалось бы, прямо контрастирует с нынешней ролью митохондрий как производителя энергии клетки.
Однако, систематический обзор от 2011 года бактериального симбиоза показал, что мутуализмы вполне себе могут происходить либо непосредственно от свободноживущих бактерий в окружающей среде, либо от внутриклеточных паразитов [5]. Ключевое различие между этими двумя эволюционными путями состоит в том, что для инициации симбиоза свободноживущие бактерии должны приносить немедленную пользу хозяину, в то время как внутриклеточные паразитические бактерии этого не делают.
Вместо опровержения прошлых предположений данная гипотеза предлагает применять их для объяснения перехода митохондрий от паразита к мутуалистической органелле на более поздней стадии. Это всё очень интересно, а потому есть большая вероятность, что гипотеза о предках митохондриях как паразитах возможно скоро станет научной теорией. Поэтому если, кто-то назовёт Вас паразитом, не обижайтесь, ведь можно парировать, что паразитизм у нас в крови, а точнее в клетках. Такие дела!
Автор: биолог, вдохновитель научного сообщества Фанерозой, Ефимов Самир
Оригиналы: Публикация фанерозойских материалов на платформе «Вконтакте», «Хабр» и «Пикабу».
1. «Phylogenetic analyses with systematic taxon sampling show that mitochondria branch within Alphaproteobacteria» Lu Fan, Dingfeng Wu, Vadim Goremykin, Jing Xiao, Yanbing Xu, Sriram Garg, Chuanlun Zhang, William F. Martin and Ruixin Zhu; Nature Ecology & Evolution, 2020
2. Phylogenomic Reconstruction Indicates Mitochondrial Ancestor Was an Energy Parasite Zhang Wang, Martin Wu Published: October 15, 2014Gabaldon T, Huynen MA (2003) Reconstruction of the proto-mitochondrial metabolism. Science 301: 609.
3. Gabaldon T, Huynen MA (2007) From endosymbiont to host-controlled organelle: the hijacking of mitochondrial protein synthesis and metabolism. PLoS Comput Biol 3: e219.
4. Gabaldon T, Huynen MA (2007) From endosymbiont to host-controlled organelle: the hijacking of mitochondrial protein synthesis and metabolism. PLoS Comput Biol 3: e219.
5. Sachs JL, Skophammer RG, Regus JU (2011) Evolutionary transitions in bacterial symbiosis. Proc Natl Acad Sci U S A 108 Suppl 210800–10807.
