В любом кусочке более или менее плодородной почвы живет множество очень мелких одноклеточных организмов — бактерий и амеб. В 1 см 3 почвы можно обнаружить миллионы бактерий и тысячи амеб. Бактерии обычно скапливаются вокруг отмерших корней или мертвых насекомых, которые служат им источником питательных веществ, а амебы поедают этих бактерий. Амеба примерно такого же размера, как лейкоцит, т. е. раз в 10 длиннее бактериальной клетки.
Ползая в почвенном слое, амеба непрерывно поглощает попадающихся на ее пути бактерий и через каждые несколько часов делится на две дочерние клетки. Особое место среди обычно встречающихся почвенных амеб отводят так называемым общественным амебам — клеточным формам слизистых грибов (миксомицетов). Они проявляют пищевую активность как отдельные клетки, подобно другим амебам; однако, как только они съедят всех бактерий в сфере своего обитания, внутри каждой амебы срабатывает некий пусковой механизм и начинается фаза их общественного развития.
Около этого центра скапливаются от нескольких сотен до сотен тысяч одноклеточных организмов, которые сливаются в единую слизеподобную массу, образуя многоклеточный организм. Затем начинается процесс клеточной дифференцировки. На фронтальном конце слизистой массы возникает сосковидное выпячивание, внутри которого начинает формироваться стебель. Стебель образуется из набухших неподвижно закрепленных клеток, которые постепенно отмирают, так что от них остаются только целлюлозные остовы.
Стебель растет верхней частью: клетки устремляются по стеблю вверх и скапливаются там. Наконец, когда всякое движение прекращается, клеточная масса становится так называемым плодовым телом. Оно представляет собой простой или разветвленный стебель (построенный из целлюлозных оболочек мертвых клеток), который имеет шаровидную головку со спорами — спорангий.
Споры — это инкапсулированные одиночные амебы; споры легко рассеиваются при контакте спорангия с водой, проползающими червяками или насекомыми. Если спора попадает в благоприятные по температуре и влажности условия, ее оболочка лопается, высвобождая амебу; появление одиночных амеб соответствует началу новой пищевой фазы жизненного цикла миксомицета.
Нередко в одном и том же участке почвы обитают два или более вида общественных амеб. Когда наступает стадия агрегации, клетки разных видов направляются к разным центрам сбора. Потоки клеток, стремящихся к одному центру, пронизывают потоки, движущиеся к другому центру, причем клетки из разных потоков как бы игнорируют друг друга; в результате клетки двух видов скапливаются в разных пунктах и дальнейшая дифференцировка приводит к образованию разных плодовых тел.
Как это происходит? Данные для ответа на этот вопрос накапливались в течение примерно сорока лет; сейчас мы можем описать механизм не смешивания двух видов миксомицетов на молекулярном уровне. Явление разделения видов обнаружили в 1940 г. К. Рейпер и Ч. Том, которые в то время работали в министерстве сельского хозяйства США. В чашку Петри с культурой бактерий Escherichia coli они поселили два вида общественных амеб — Dictyostelium discoideum и Polysphondylium viola-ceum. Амебы расползлись по чашке, кормились, размножались, и их сильно разросшиеся популяции совершенно перемешались.
Когда были съедены все бактерии, амебы начали агрегировать. Рейпер и Том так описали это явление: «...клетки направлялись к двум разным центрам, причем потоки двух форм перекрывались... Было ясно, что у разных видов сигналы качественно различны». Почему это должно быть именно так, Рейпер и Том объясняют следующим образом: если два вида обитают в одном и том же участке почвы, то для того, чтобы каждый из видов сохранил свою "индивидуальность", должен существовать какой-то механизм, исключающий их совместную агрегацию. Рейпер и Том не могли знать, чем именно отличаются сигналы двух видов, так как в то время природа сигналов еще не была выяснена.
В начале прошлого века ученые, изучавшие слизистые грибы, полагали, что силы, которые влекут амеб к агрегации, — это одна из форм хемотаксиса. В сороковые годы к идее о том, что процесс развития обусловлен химическим притяжением, поначалу относились скептически: «управление путем контакта» в той или иной его форме было в то время значительно более популярной идеей. Однако в 1942 г. Э. Раньон (Колледж Агнессы Скотт) доказал, что контакты между клетками не могут вызывать агрегацию. В серии экспериментов, выполненных в последующие несколько лет, мне удалось показать, что при агрегации центральная масса клеток явно испускает какой-то диффундирующий фактор, привлекающий амеб.