Revolver Maps

понедельник, 1 октября 2012 г.

Микробы умнее, чем мы думаем


Подавляющее число живых существ на Земле – одноклеточные. Большая часть этих малышек прозябает в безвестности – многие даже не имеют названия – но некоторые из них обладают замечательными способностями.
Одни проявляют удивительную стойкость, другие могут находиться в анабиозе сотни тысяч лет или процветать в таких условиях, в которых большинство других форм жизни погибли бы моментально.
Поведение многих бактерий выглядит удивительно разумным. Это не является результатом мышления – в том виде, который мы наблюдаем у человека и других высших животных – потому что одноклеточные не имеют нервной системы и, следовательно, мозга.
Лучшим объяснением их «разумности» является то, что они являются внутренним оборудованием «биологического компьютера», который может обрабатывать информацию.
Вот несколько наиболее потрясающих примеров «разумного» поведения бактерий.
Общение
Бактерия разговаривает с коллегами с помощью химических элементов. Они делают это по собственным причинам и некоторых довольно сложно понять, особенно если вы бактерия другого вида (или человек). Наиболее простой способ общения демонстрирует Bacillus subtilis.
Если бактерии растут в бедном пищей регионе, они выделяют в окружающее пространство химические вещества. Они говорят своим соседям: «Здесь мало еды, так что очистите территорию или мы все умрем с голода»..
В ответ на эти химические послания другие бактерии уходят подальше, полностью меняя форму колонии.
Принятие решений
Многие одноклеточные организмы могут определять сколько бактерий их вида находятся поблизости – способность известная как «чувство кворума».
Каждая бактерия выбрасывает небольшое количество химического вещества в окружающее пространство – вещества, которое она может определять рецепторами, расположенными на её внешней стенке. Если вокруг достаточно много других бактерий, выбрасывающих тоже вещество, его уровень может достичь критического значения и включает механизм изменения поведения.
Патогенные (болезнетворные) бактерии часто используют чувство кворума для определения начала атаки на существо, в котором они находятся. Если их скапливается количество, достаточ­ное для превосходства над иммунной системой, они начинают коллективную атаку на тело. Подавление таких сигналов может предоставить нам возможность бороться с ними.

Городская жизнь
Бактерии не только общаются и сотрудничают, они ещё образовывают сообщества. Когда они это делают, образуются биоплёнки, такие как тонкие слои слизи, покрывающие внутренние стенки водопроводных труб или кухонные поверхности в студенческих общежитиях. Они так же находятся в биологических убежищах, таких как внутренности пищеварительной системы человека – в общем, везде, где есть достаточное количество воды.
Множество разных существ живут бок о бок в таких «бактериальных городах», поедая отходы друг друга, сотрудничая в разработке пищевых ресурсов, и защищая друг друга от внешних опас­ностей – таких как антибиотики.
Ускоренная мутация
Многие микробы могут увеличивать скорость, с которой мутируют их гены. Это позволяет им приобретать новые способности, которые могут быть полезны в трудных условиях. Это риско­ванная стратегия, поскольку многие из новых мутаций будут вредны или даже фатальны и является, фактически, тактикой последней надежды, когда терять уже нечего.
Примеров этому много: Escherichia coli мутирует значительно быстрее в условиях стресса(Science, DOI: 10.1126/science.1082240), дрожжи так же способны на подобные хитрости (Critical Reviews in
Biochemistry and Molecular Biology, DOI: 10.1080/10409230701507773).
В начале девяностых исследователи полагали, что бактерии должны иметь способ «выбирать» наиболее полезные мутации. Идея управляемой мутации являлась очень спорной и к 2001 году появилось много доказательств, противоречащей ей (Nature Reviews Genetics, DOI: 10.1038/35080556).
Ориентирование
Общеизвестно, что многие животные могут ориентироваться на длинных дистанциях, миграция птиц и пчел – наиболее известные примеры. Микробы также достаточно хорошо это делают.
Одноклеточные водоросли Chlamydomonas плывут к свету, но только если его длина волны подхо­дит им для фотосинтеза.
Подобным образом, некоторые бактерии двигаются в присутствии химических веществ в окружа­ющей их среде – поведение, названное хемотаксис. E. coli, например, движутся как акулы, по следу крови стоит только паре молекул пищи попасть виз среду.
Другая группа бактерий, известных как магнитотактические бактерии, выстраивается в линию вдоль магнитного поля Земли, что позволяет им двигаться прямо на север (Science, DOI: 10.1126/science.170679). Эта их способность объясняется наличием особых органов, содержащих магнитные кристаллы..
Но, возможно, наиболее впечатляющий пример ориентирования показывает слизь вида Physarum
Polycephalum. Колония этих амёбо-подобных организмов всегда находит кратчайший путь в лабиринте.
Обучение и память
Когда амёба Dictyostelium исследует поверхность чашечки Петри в поисках пищи, она часто меняет направление, но никогда эти повороты не бывают случайными.
Если она повернула направо, вероятность того, что следующий поворот она совершит налево в два раза выше. Можно сказать, что она «помнит» в каком направлении она повернула в последний раз. человеческая сперма обладает подобным свойством.
E. coli goes поступает лучше. Эта бактерия проводит часть своего жизненного цикла, путешествуя по пищеварительному тракту человека, сталкиваясь на своём пути с различными условиями. Во время своего путешествия она сталкивается с сахаром лактоза прежде чем найдет другой сахар мальтозу. Попробовав лактозу, бактерия включает биохимический механизм её переваривания, также она включает механизм переваривания мальтозы, так что при встрече с ней она будет готова к пиршеству.
Чтобы показать, что это не является притянутым за уши результатом эксперимента, исследователи несколько месяцев выращивали E. coli с лактозой без мальтозы. Они обнаружили, что бактерия постепенно изменила поведение и больше не затрудняла себя включением механизма переварива­ния мальтозы(Nature, DOI: 10.1038/nature08112).

Удивляясь поведению бактерий, мы должны помнить, что только скользим по поверхности знаний о способностях одноклеточных. Наука столь многого не знает, что в кладовой природы нас ожидают ещё множество сюрпризов