Концентрация железа оказалась способна активировать определенные виды поведения одноклеточных, повышая их шансы на выживание в определенных условиях
Группа специалистов в области молекулярной биологии из Техасского университета в Остине (США) обнаружила механизм, позволяющий одноклеточным существам, не имеющим ни мозга, ни даже отдельных нейронов, фиксировать свой опыт и передавать его по наследству. Статья с описанием работы опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ранее ученые обнаружили, что бактерии, имевшие опыт коллективного перемещения по поверхности с помощью жгутиков (роения), в последующем эффективнее участвовали в таком типе движения. Это наблюдение сразу поставило вопрос о механизме сохранения информации.
Масштабное исследование, включавшее проведение 10 тысяч анализов, позволило обнаружить, что кишечная палочка (Escherichia coli), вероятно, использует в качестве носителя информации молекулы железа. На это указывает то обстоятельство, что у бактерий, которым приходилось роиться, содержание железа было снижено. Напротив, микроорганизмы, образующие биопленку, то есть слой бактерий на поверхности, отличались высоким содержанием клеточного железа. При этом и те, и другие относились к одному виду. Средние показатели содержания железа были обнаружены у тех микробов, что были более устойчивы к антибиотикам.
«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.
Ученые отмечают, что железо – очень распространенное и хорошо знакомое одноклеточным организмам вещество. За миллиарды лет до того, как микробы научились использовать в своем метаболизме кислород, они получали энергию путем ферментативного окисления железа. В результате этого процесса возникли залежи железной руды.
«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.
Механизм работы «железной» памяти пока не до конца понятен; тем не менее, исследователи полагают, что концентрация железа является спусковым крючком, активирующим тот или иной тип поведения, информация о котором записана в геноме микроорганизма. При низкой концентрации активируются процесс роения, при высоком – «генетическая память» подсказывает, что это благоприятная среда, подходящая, чтобы в ней остаться и сформировать биопленку.
В результате возникает механизм с обратной связью: меняя свое поведение случайным образом, бактерия может чувствовать себя лучше или хуже. Ее оптимальное состояние фиксирует содержание железа, а уже его концентрация включает определенный тип поведения.