Бактерии, попавшие в искусственную «черную дыру», оставляют химический след, который предупреждает других членов колонии держаться подальше, утверждают исследователи.
Еще в 1970-х годах биологи обнаружили у бактерий удивительный социальный феномен. Они уже давно знали, что отдельные бактерии могут чувствовать и искать питательные вещества в окружающей среде - явление, известное как хемотаксис, но еще не было известно, что бактерии могут общаться между собой с помощью сигнальных молекул. Так, бактерии могут чувствовать присутствие других и регулировать свое поведение, например, становиться биолюминесцентными или формировать биопленки, когда их плотность достигает определенного критического уровня.
В связи с этим возникает несколько интересных вопросов о том, насколько сложными стали эти схемы социальной коммуникации. Например, могут ли они использоваться для предупреждения других бактерий о потенциальной угрозе, подобно тому как стайные птицы или косяки рыб расходятся, когда на них нападает хищник?
И вот теперь появились доказательства того, что бактериальная коммуникация может помогать организмам чувствовать потенциальную опасность, позволяя другим организмам держаться подальше, утверждают ученые из Принстонского университета, которые экспериментировали с бактериальной "рабочей лошадкой", кишечной палочкой. Исследователи наблюдали это явление с помощью хитроумного эксперимента, в котором бактериальный эквивалент «черной дыры» необратимо поглощает любой организм, который в нее попадает. Эта «черная дыра» представляет собой чашку Петри, наполненную питательными веществами, но с центральным отверстием, из которого вытекает поток жидкости, сметающий все бактерии, попавшие в нее.
В чашке также есть воронкообразные отверстия, которые позволяют бактериям двигаться к черной дыре, но не от нее; подобно тому, как гравитация затягивает объекты в космические черные дыры. В результате E. coli постепенно направляются к этой "черной дыре". Однако поток жидкости в дыру относительно медленный, что позволяет химическим сигналам диффундировать в сторону от черной дыры. Это происходит до тех пор, пока бактерии не пересекают эквивалент горизонта событий, где поток становится достаточно быстрым, чтобы унести и коммуникационные сигналы. В этот момент сигналы прекращаются, и бактерия больше не может общаться со своей колонией. Легко представить, что такая черная дыра в конце концов сметёт всю колонию. Но авторы обнаружили, что на практике происходит как раз обратное - бактерии каким-то образом учатся держаться подальше. «Вокруг черной дыры образуется очень четкая необитаемая область, в которую бактерии не попадают», - рассказали исследователи.
Смоделировав процесс бактериальной коммуникации, ученые считают, что им удалось выяснить причину этого. «Очевидно, что настоящие бактерии как чувствуют питательные вещества (чтобы выжить, им нужно найти пищу), так и чувствуют присутствие других бактерий и реагируют на их присутствие», - утверждают они. Когда сигналы от других бактерий сильны, они держатся вместе. Но «по мере того как бактерии исчезают в выходном отверстии, концентрация сигнальных молекул уменьшается, что, по сути, является предупреждением для других бактерий держаться подальше», - поясняют ученые. В результате бактерии скапливаются в другой области, вдали от черной дыры. Это неожиданно, особенно если учесть, что концентрация питательных веществ не падает. «Удивительный экспериментальный результат заключается в том, что усиление коммуникации в условиях высокой плотности популяции легко компенсирует недостаток пищи в этом регионе», - заключают исследователи.
Очевидно, что E. сoli эволюционировали, чтобы предупреждать друг друга о надвигающейся опасности. «Бактерии могут коллективно выполнять сложные задачи, критически важные для выживания популяции, используя обмен информацией», - утверждают авторы. Было бы интересно узнать, насколько широко распространено такое поведение и ведут ли другие виды бактерий себя подобным образом или же они выработали еще более сложную реакцию.
Источник: Discover, 17 Sept.,2024