Память в разных формах и видах свойственна всем высшим животным. Однако американские ученые выяснили, что подобие воспоминаний присуще даже простейшим микроорганизмам, таким как бактерии.
Исследователи заметили, что бактерии, имевшие опыт роения, то есть коллективного перемещения по поверхности с помощью жгутиков, в последующем эффективнее участвовали в таком типе движения. Но у бактерий ведь нет нейронов, синапсов и нервной системы, которые обеспечивали бы формирование воспоминаний, как у людей. Разобраться, почему так происходит, решили специалисты в области молекулярной биологии из Техасского университета в Остине (США).
В своей работе, которую опубликовал журнал Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые выполнили более 10 тысяч анализов и установили, что у бактерий кишечной палочки (Escherichia coli) триггером «запоминания» информации о формах поведения, которое в последующем может активироваться в ответ на определенные стимулы, служит уровень клеточного железа.
«У бактерий нет мозга, но они способны получать информацию из окружающей их среды. Если они часто сталкиваются с такими условиями, то могут хранить информацию об этом и быстро получать к ней доступ в дальнейшем», — пояснил ведущий автор исследования Сувик Бхаттачария (Souvik Bhattacharyya).
Железо — один из самых распространенных химических элементов на земле, играющий центральную роль в клеточном метаболизме. У одиночных, свободно мигрирующих бактерий уровень железа варьируется. Наблюдения показали, что бактерии с низким содержанием железа активнее и эффективнее роились. Напротив, микроорганизмы, образующие биопленку, то есть слой бактерий на поверхности, отличались высоким содержанием клеточного железа. Сбалансированный уровень железа оказался характерен и для устойчивых к антибиотикам бактерий.
Как выяснили исследователи, такая память о железе передается материнской клеткой дочерним как минимум до четвертого поколения, а если менять уровни железа искусственно, то может сохраняться намного дольше.
«До появления кислорода в атмосфере Земли ранние клеточные формы жизни использовали железо во многих процессах. Этот элемент крайне важен не только для зарождения жизни на нашей планете, но и для ее эволюции. Вполне логично, что клетки используют железо таким образом», — добавил Бхаттачария.
Ученые полагают, что «память» бактерий срабатывает при низком уровне железа и это запускает процесс роения, при котором микроорганизмы начинают быстро перемещаться в поисках среды с более высоким содержанием железа. Когда же уровень железа высок, «память» подсказывает: это благоприятная среда, подходящая, чтобы в ней остаться и сформировать биопленку.
По мнению авторов работы, их открытие поможет в выработке более эффективных стратегий для предотвращения распространения бактериальных инфекций. Кроме того, новые знания о поведении бактерий пригодятся для борьбы с устойчивыми к антибиотикам микроорганизмами.