Эти удивительные бактерии

Эти удивительные бактерии

Об основной части (99,9 %) всех видов бактерий мы ничего не знаем, так как они в основном не культивируются в лабораторных условиях. Знания наши основаны на 0,1 % видов бактерий (а их – миллионы видов). Но и это позволяет понять, что мир живого непостижимо сложен и поистине неисчерпаем!

Какую степень сложности должно иметь живое создание, чтобы обладать подобием органов чувств, правильно воспринимать среду обитания и определять собственные потребности, иметь кратковременную и длительную память, принимать правильные решения, чтобы адекватно реагировать на любые воздействия, да и вообще проявлять индивидуальные черты? – задались вопросом ученые. И сами же на него с изумлением ответили: достаточно быть одноклеточным организмом, той же бактерией. Как уже было сказано, по традиционным понятиям, ограниченным рамками существующих концепций, они представляют собой простейшие и бесчувственные формы жизни.

«Окна» в мир у бактерий. Как ни удивительно, но одноклеточным животным тоже даны «окна» в мир, способность ощущать среду обитания и неплохо в ней ориентироваться. Для этого они имеют высокочувствительные рецепторы, которые и играют роль органов чувств, а также систему для анализа полученной информации.

Например, рецепторы реагируют на строго определенные молекулы, и такая химическая чувствительность подобна восприятию запаха и вкуса. Как уже говорилось, запах может определяться вибрационными свойствами молекул и их составляющих. И любой аромат связан с конкретными частотами (волновыми числами) инфракрасного диапазона. Поэтому специфические рецепторы (хеморецепторы) способны реагировать на присутствие в среде химического вещества даже на расстоянии.

А далее воздействие вещества на рецептор запускает последовательную цепь таких сложных реакций, которые, казалось бы, не должны происходить у одноклеточных организмов. Но все то сложное и целесообразное, что происходит с микроорганизмами, еще и еще раз подтверждает, что каждое, даже очень малое, существо является уникальным Божиим творением.

Химическая ориентация. Каким же образом применяют микроорганизмы свои «органы чувств» при химической ориентации. Для многих из них характерен хемотаксис – процесс ориентации под влиянием химических веществ и полей различной природы. Он осуществляется с помощью хеморецепторов, расположенных прямо на самой клетке.

Хемотаксис лучше всего наблюдать на одноклеточных – инфузориях и амебах. Хорошо видно, как они убегают от одних химических веществ и движутся к другим, переходят из области низкой концентрации в высокую, или наоборот. Исследования показывают, что хеморецепторы очень чувствительны к изменению и концентрации и химического состава вещества вокруг этих животных. Часто они ощущают буквально считанные ионы, присутствующие в среде.

Такой таксис одноклеточных существ сравним с наведением ракеты на цель. В случае живых организмов он самоуправляем и сходен с действием той ракеты, у которой программа наведения рассчитана, например, на инфракрасное излучение. Одноклеточный организм принимает сигнал и либо движется навстречу передатчику и стыкуется с ним, либо движение происходит от передатчика, так как он старается избежать встречи.

Если таксис положительный, то приемник сигнала (в данном случае микроорганизм) обязательно должен найти передатчик. И куда бы тот ни отклонялся в определенных пределах, все равно будет найден стремящимся к нему животным. Иными словами, когда происходит перемещение передатчика сигнала, то, как и в случае с самонаводящейся ракетой, происходит корректировка траектории микроскопического организма, который до сих пор многие считают примитивным.

Такое поведение одноклеточных существ помогает ученым представить, как, используя хемотаксис, передвигаются в человеческом организме различные клетки, относящиеся к имунной системе (макрофаги, лимфоциты и др.) – Они призваны защищать организм от «непрошеных гостей». Поэтому клетки-спасатели должны на расстоянии узнавать о появлении болезнетворных агентов и целенаправленно двигаться в их сторону.

Высокая чувствительность и «эффект домино». Среди микроорганизмов можно найти немало рекордсменов, способных ощущать отдельные молекулы и улавливать наиболее слабые из известных нам, а возможно и неизвестных полей.

Так, бактерии дана способность ощутить разницу между одной и двумя частицами среди 10 тысяч таких же частиц. Представьте для сравнения, что перед вами две стеклянные банки, заполненные монетками, и вам нужно «почувствовать», в какой из них ровно 10 000 монет, а в какой их 9999!

Загадочную способность бактерии откликаться на одну-единственную молекулу ученые пытаются объяснить, прибегая к различным теориям, в том числе к «эффекту домино».

Рецепторы на поверхности клетки соединены в гигантский кластер (сложно организованную группу). И стоит только одной из молекул вещества вступить во взаимодействие с определенным рецептором, как срабатывает пресловутый эффект домино. Тогда весь кластер перестраивается согласно «указаниям» заложенной Творцом в одноклеточный организм генетической программы. Причем это происходит не произвольно, а строго определенным образом.

В результате изменяется состояние всей поверхности бактериальной клетки. И соответственно меняются некоторые организменные процессы, а также поведение этого живого существа.

Перевод химического языка на световой. Чувствительность к внешнему воздействию обнаруживают и другие микроорганизмы. Например, ночью на море можно увидеть слабый мерцающий свет. Это светятся одноклеточные ночесветки. Если ударить чем-либо по воде, то свечение в этом месте станет значительно интенсивнее, и вода вспыхнет голубоватым светом. Это ночесветки «зажгут» свои клетки-фонарики в ответ на механическое раздражение.

Таким же свечением они ответят даже на самое незначительное повышение ионов натрия или сахара в воде, то есть на химическое раздражение. Ведь их хеморецепторы являются приемным устройством в системе анализа химических соединений. А они редко ошибаются.

Опыты говорят не только об очень тонком механизме хеморецепции, но еще и о передаче информации другим одноклеточным существам. Вспышка ночесветок при введении в воду химических веществ – это перевод информации химического языка полученного сигнала, посланного веществом, на электромагнитный – световой. И тогда загоревшийся фонарик ночесветки становится сигналом своим соплеменникам. Он даст им предупреждение о возможной опасности, связанной с изменением состава химических соединений в водной среде.

Восприятие различных видов энергии. Молекулярные «органы чувств» бактерии информируют ее о различных внешних событиях не только благодаря химическому взаимодействию с сигнальными веществами. Бактерия дифференцированно воспринимает в виде раздражения и многие виды энергии: световые волны, звуковые колебания, гравитацию, вибрации, угловые ускорения и т. п.

Больше того, бактерии могут предупреждать нас и о всплесках солнечной активности за неделю до их появления. Эти микроскопические животные, способные менять свою окраску, служат главной «деталью» сверхчувствительного прибора. На что они реагируют – на изменение электромагнитных полей или на сигнальные частицы, летящие от Солнца, – пока не выяснено.

А организм бактерий, проживающих в соленых водах, специально создает крохотные цепочки магнитных кристаллических частиц – магнетосом. Они содержат железо в виде магнетита и помогают бактерии ощущать магнитные поля, чтобы направлять ее движение с помощью геомагнитного поля Земли. Благодаря своему чувствительному компасу миниатюрные существа легко ориентируются и быстро мигрируют в нужном направлении.

Наследственная способность бактерий создавать для себя настоящий компас – факт сам по себе удивительный. Заслуживает внимания и то, что представители трех видов бактерий, которые обитают в водах, насыщенных серой, строят свои компасы не из окиси железа, а образуют кристаллическое вещество греигит, соединяя железо с находящейся вокруг в избытке серой. Причем бактерии создают свой собственный кристалл греигита по уникальной, пока не разгаданной людьми микротехнологии.

Механизмы построения каждой разновидности таких кристаллов идентичны в любом организме бактерий конкретного вида. И эти технологические процессы изготовления собственных «приборов» с такой же точностью воспроизводятся у потомков бактерий. А эти потомки и дальше понесут эстафету, врученную когда-то первой появившейся на свет бактерии этого вида.

Такая неукоснительно соблюдаемая преемственность поколений заложена Создателем в организм этих отнюдь не примитивных существ. Для Него нет ни больших, ни малых творений – для Него все едины и каждому дано все необходимое, в том числе и «окна» в мир, чтобы жить своей полноценной жизнью.

Аналог нервной системы бактерии. Вот еще один парадокс, связанный с организмом бактерии. Восприятие этим одноклеточным существом окружающего мира происходит под воздействием самых разных сигналов. Циркуляция таких информационных сигналов внутри бактериального организма представляет собой весьма сложную систему со многими связями.

Чтобы правильно реагировать на поступающие сигналы, клетка бактерии должна решить несколько задач:

• воспринять сигналы, часто несущие огромное количество информации;

• доставить их по назначению;

• обработать полученную информацию;

• адекватно отреагировать на получение сигналов;

• выключить системы реагирования после исчезновения сигналов. Постоянная переработка всей информации чрезвычайно важна для жизнедеятельности бактерии. Для решения множества задач у такого, казалось бы, просто устроенного организма, также как и у многоклеточного животного, существует аналог нервной системы.

Устройства для целенаправленных движений. Поскольку у бактерии «в одном лице» представлены и клетка и организм в целом, то, восприняв раздражение, они каждый по-своему автоматически реагируют на него. Клетка переходит в состояние возбуждения – к активной физиологической деятельности, выражающейся, например, в возникновении биоэлектрического потенциала, способного к распространению, а организм – к активному движению.

Одни бактерии способны к скользящему передвижению за счет специально существующей слизистой капсулы на поверхности клетки. Другим же даны особые органы движения – жгутики (от одного до пятидесяти). Они берут свое начало под цитоплаз-матической мембраной, закрепляясь там с помощью пары дисков. Вращая эти жгутики, бактерия может достаточно активно передвигаться, причем направление их вращения периодически меняется.

Осуществлять движения бактерии помогает очень тонкая и сложная наследственная система управления организмом. Она-то и направляет определенные сигналы к так называемым «ротационным моторам» жгутиков. Один такой сверхмалый «мотор» размером до 30 нанометров (в 1 миллиметре – 30 тысяч таких моторчиков) может достигать 100 оборотов в секунду! Вращается он как вперед, так и назад, позволяя бактерии осуществлять четко направленные движения. Для «микропроизводства» такого «ротационного двигателя» должны быть закодированы тысячи специфических внутриорганизационных структур, так что жгутики – это совершенно уникальное образование.

С помощью длинного подвижного жгутика, находящегося на одном из концов тела, плавают и жгутиконосцы. Его устройство позволяет малышам развивать поразительно большую для их размеров скорость. За секунду эти микроорганизмы покрывают расстояние в 30 миллиметров, что в 50–70 раз превышает длину их тела. Для сравнения: автомобиль длиной около 5 метров при скорости 90 километров в час, то есть 25 метров в секунду, проходит расстояние всего лишь в 5 раз превышающее собственную длину.

Если бы жгутиконосцы были размером с этот автомобиль, то они за час пробегали бы дистанцию в 1000 километров, то есть со скоростью самолета.

А у инфузорий нет жгутика, зато все тело как шерсткой покрыто 10–15 тысячами ресничек, работающих подобно веслам. Движения ресничек великолепно координируются. Их взмахи равномерными волнами прокатываются вдоль всего тела инфузорий, позволяя им развивать немалую скорость – 2 миллиметра в секунду. Конечно, инфузории плавают медленнее жгутиконосцев, но тоже очень неплохо. Они за секунду покрывают расстояние, в 6—15 раз превышающее собственную длину, что соразмерно скорости автомобиля.

Память бактерий. Механизм, обеспечивающий бактерии возможность находиться в постоянном движении, казалось бы, прост. Но даже в нем есть тонкости, которые трудно ожидать от столь миниатюрного существа. Так, его действие зависит не от абсолютной концентрации какого-то вещества, а от ее изменения. Хотя мера возрастания или убывания концентрации, ее градиент – явление пространственное, бактерия воспринимает его во времени, так как она плывет. Бактерия замечает, что концентрация становится выше или ниже, чем была перед этим.

Иными словами, у бактерии есть что-то вроде памяти. Поэтому можно пространственный градиент заменить временным. Если взять аминокислоту и добавить фермент, разрушающий ее с подходящей скоростью, то концентрация аминокислоты будет снижаться. Бактерии отвечают на это изменением направления движения так, как будто они плывут в зону с более низкой концентрацией.

Бактерия – это индивидуальность. Существовало мнение, что бактерия – это своего рода подвижный самоуправляемый модуль, «биочип», который объединяет в себе сенсор, логическое и исполнительное устройство, а также системы подвижности.

Однако более поздние исследования показали, что на самом деле бактерии обладают не только памятью, но и проявляют определенные особенности, свою индивидуальность. Если понимать индивид как отдельный организм, элементарную единицу жизни, имеющую все признаки, свойственные ее виду, и в то же время наделенную собственными особенностями, отличающими ее от других таких же организмов этого вида, то бактерии принадлежат к их числу. Установлено, что молодые бактерии способны к научению и запоминанию, чего лишены их более старые сородичи. Если они не освоили чего-то в юности, то уже не смогут сделать этого никогда.

В процессе экспериментов обнаружилось, что несмотря на одинаковость генетической структуры и окружающей среды отдельные особи среди бактерий обладают совершенно уникальными поведенческими возможностями. Это подтверждает закон сохранения индивидуальности, согласно которому индивидуальная специфика организма возникает с момента появления на свет и сохраняется до его смерти.

Бактерии обладают органами чувств, похожими на глаза и уши, информацию от которых воспринимает некий аналог мозга. Благодаря ему бактерии способны принимать решения.

Описаны опыты, в которых с помощью растворов различных веществ, привлекающих или отталкивают бактерий, удалось обнаружить, что бактерии обладают не только кратковременной, но и долговременной памятью. Они помнят, где именно находили пищу. Столкнувшись с неизвестным, бактерии как бы разрабатывают стратегию действий и в следующий раз уже следуют ей по памяти.

Это открытие оказало ошеломляющее действие на исследователей. Ведь человек, принимая решение куда двигаться, задействует сотни, если не тысячи клеток мозга, а одноклеточная бактерия для этого руководствуется памятью только одной клетки.

Так существуют ли примитивные формы жизни?

Бактерия чинит свою единственную ДНК. Благодаря сложности строения и совершенным системам организма бактерии способны реагировать на внешние воздействия и зачастую устранять его «поломки». Известно, что организм, даже одноклеточный, всегда занят изготовлением и починкой сложных молекул, из которых он состоит. Как только он прекращает это делать, то умирает, превращаясь в совокупность более или менее свободных атомов. А они уже не смогут сами соединиться в макромолекулы, которые автоматически объединятся, чтобы восстановить живую клетку.

По способности ремонтировать (воссоздавать) кольцевую макромолекулу ДНК – самую сложную структуру клетки, ее «библиотеку» наследственных знаний, координирующий и управляющий центр – бактериальный организм не знает себе равных!

Обнаружены бактерии одного из видов, которые выносят дозу радиации, в 60 тысяч раз превышающую смертельную дозу для многоклеточного животного. И хотя такое излучение буквально рвет в клочки ДНК бактерии, после прекращения облучения ее организм способен привести свою макромолекулу в полный порядок.

Но ведь согласно классической теории именно ДНК является «банком» различных информационных данных и управляет процессами синтеза всех молекул. Какая же тогда структура возглавляет сложнейший комплекс работ по воссозданию самого носителя генетической информации?

Пока науке не известно, что представляет собой тот другой управляющий центр клетки и носитель наследственных знаний по построению макромолекулы ДНК, который не подвержен изменениям при облучении.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.