Ученые из Университета Калифорнии в Сан-Диего обнаружили неожиданную активность спор бактерий. По словам исследователей, они "ощупывают" окружающую среду даже когда являются «физически мертвыми», сообщает Science Alert.
Бактерии используют накопленный запас заряженных частиц, а не свое обычное «топливо». Благодаря этому они могут реагировать на малейшие изменения в уровне питательных веществ, чтобы определить лучшее время для пробуждения. Это открытие бросает вызов существующим представлениям не только о том, как распространяются болезни, но и тому, как жизнь может продолжать существование в экстремальных условиях на Земле и за ее пределами.
«Эта работа меняет наше представление о спорах, которые считались инертными объектами. Мы показываем, что клетки в глубоком спящем состоянии обладают способностью обрабатывать информацию. Мы обнаружили, что споры могут высвобождать накопленную электрохимическую потенциальную энергию для выполнения вычислений об окружающей среде без необходимости метаболической активности», — заявил ведущий автор исследования Гюрол Сюэль.
По его словам, если ученым удастся найти жизнь на Марсе или Венере, она, вероятнее всего, будет в инертном состоянии. Но открытие свидетельствует о том, что форма жизни, кажущаяся совершенно инертной, «все еще может думать о следующих шагах».
Бактерии обычно довольно живучи. Одна из тактик их выживания – превращение в споры. Они могут находиться в таком обезвоженном, спящем состоянии сотни лет. Но все же это не глубокий сон. Физиологически они мертвы, в них не происходит метаболизм. Но каким-то образом они знают, когда нужно «проснуться».
Например, споры сибирской язвы, которую вызывают бактерии Bacillus anthracis, могут пережить длительные периоды без воды или питательных веществ в почтовом ящике. Но в течение нескольких мгновений воздействия подходящих условий они способны регидратировать и возобновить свой метаболизм, что позволяет им стать снова заразными.
В ходе исследования ученые наблюдали за тысячами спор Bacillus subtilis, которые считаются безвредными для человека и могут выжить в долгом пребывании в космосе. Они измеряли то, реагируют ли споры на кратковременный импульс питательных веществ, недостаточный для того, чтобы привести к их пробуждению.
Двух или трех импульсов было недостаточно, чтобы вернуть бактерию к жизни. Но со временем возник кумулятивный эффект: микробом как-то удалось вести счет и снова проснуться после необходимого количества сигналов.
Ученые измеряли активность спор в ответ на импульсы и выяснили, что они использовали накопленную энергию в виде ионов калия (K+) при каждом входе. С помощью математической модели ученые выяснили, что каждый сигнал запускал высвобождение ионов калия, и со временем ионы калия становились достаточно сильными, чтобы вызвать пробуждение бактерий. Они назвали это моделью активации «интегрируй и стреляй».
Механизм известен как стратегия кумулятивной обработки сигналов, она не дает бактериям проснуться слишком рано, если условия окружающей среды неблагоприятны. Ученые отмечают, что это похоже на то, как работают нейроны в мозге человека. Но, в отличие от нейронов, которые являются невероятно энергоемкими клетками, споры могли делать это вообще без какой-либо метаболической энергии, только запасаясь калием.