№ 4

Декабрь/2022

Russian Traveler 04/2022

Ученые обнаружили неожиданную активность в «мертвых» бактериях

Фото: Flickr

Это может перевернуть наше представление о способах поиска внеземной жизни.

Ученые обнаружили неожиданную активность спор спящих бактерий: они впервые показали, что даже когда бактерии физиологически «мертвы», микроорганизмы все еще фиксируют свое окружение.

Используя накопленный запас заряженных частиц для получения энергии, а не свое обычное «топливо», бактерии могут активно реагировать на малейшие изменения в уровне питательных веществ, чтобы определить лучшее время для пробуждения. Это открытие бросает вызов нашему пониманию не только того, как распространяются болезни, но и того, как живые организмы могут выжить 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», – Гюрол Зюэль, ведущий автор исследования из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

«Если ученые найдут жизнь на Марсе или Венере, она, скорее всего, будет в спящем состоянии, и теперь мы знаем, что форма жизни, которая кажется совершенно инертной, все еще может планировать свои следующие шаги», – добавляет Зюэль. 

Бактерии, как правило, довольно живучи, но одна из их ключевых тактик выживания – способность превращаться в споры, оставаясь в обезвоженном, спящем состоянии. Так, окруженные защитной оболочкой, бактерии могут дремать в течение сотни лет. Так они могут выдерживать экстремальную жару, давление и даже существовать в космическом пространстве.

Это не просто глубокий сон. По существу, бактерии физиологически мертвы, и в их организмах не происходит метаболизма. Но каким-то образом они знают, когда условия снова становятся благоприятными для того, чтобы проснуться.

Как именно споры узнают, когда проснуться? Чтобы реагировать на каждую каплю влаги или толику питательных веществ, нужно терять немало энергии.

Чтобы выяснить это, Зюэль и его команда протестировали тысячи спящих спор Bacillus subtilis – сенную палочку, известную как вид грамположительных спорообразующих факультативно аэробных почвенных бактерий. Эти бактерии считаются безвредными для человека, а также являются рекордсменами по продолжительности существования в космосе.

Исследователи выяснили, могут ли споры улавливать многочисленные кратковременные импульсы питательных веществ, посылаемых в их среду. Но эти сигналы не должны были стать достаточно сильными, чтобы заставить спору вернуться к жизни.

Как и предполагалось, одного или двух таких импульсов питательных веществ было недостаточно, чтобы разбудить бактерии. Но со временем, похоже, возникал кумулятивный эффект. Каким-то образом бактериям удавалось «оживать» после определенного количества сигналов.

Ученые также смогли отследить изменения активности спор в ответ на эти кратковременные сигналы и показать, что бактерии использовали накопленную энергию в виде ионов калия. Они объясняют, что это нечто вроде конденсатора в цепи, сохраняющего энергию для последующего использования.

Используя математическую модель для объяснения происходящего, команда показала, что каждый сигнал запускал высвобождение ионов калия, и со временем ионы калия становились достаточно сильными, чтобы вызвать пробуждение бактерий.

Фото: Süel Lab
Иллюстрация, показывающая, как бактериальные клетки решают, когда проснуться

«Эти результаты раскрывают механизм принятия решений, который работает в физиологически неактивных клетках. То, как споры обрабатывают информацию, похоже на то, как работают нейроны в нашем мозгу. И в бактериях, и в нейронах небольшие и короткие входы со временем суммируются, чтобы определить, достигнут ли оптимальный порог. При достижении порога споры инициируют свое возвращение к жизни, в то время как нейроны запускают потенциал действия для связи с другими нейронами», – Гюрол Зюэль.

Однако, в отличие от нейронов, которые являются невероятно энергоемкими клетками, споры могут делать это вообще без какой-либо метаболической энергии, только запасаясь калием.

«Предстоит еще много работы, но открытие бросает вызов нашему пониманию "спящих" бактерий как инертных, а также переосмысливает поиск признаков внеземной жизни в будущем», – заключают исследователи.