Датским микробиологам удалось разгадать секрет странной электрической активности, которая постоянно присутствует в морских осадках. Оказалось, что нитевидные колонии некоторых бактерий способны проводить внутри себя электрический ток. Они представляют собой не что иное, как живые провода, передающие электричество на расстояние нескольких сантиметров.
Началось все с того, что два года назад ученые из Университета Орхуса (Дания) обнаружили на дне моря странные электрические потоки. Приборы четко фиксировали на определенных участках электрическое поле, образовывающееся при прохождении электрического тока в проводнике. Долгое время исследователи не могли понять, откуда оно взялось — ведь рядом не было никаких проводов. Конечно, ионы солей в морской воде обладают зарядом, и, соответственно, могут создавать что-то вроде тока, однако таковой обычно быстро прекращается, а наблюдаемый феномен отличался постоянством.
И вот наконец-то эта загадка была разгадана: после долгих и плодотворных трудов исследователи смогли обнаружить, что электрический ток циркулирует внутри нитевидных колоний бактерий из рода Desulfobulbus. "Наши эксперименты однозначно показали, что электрические процессы в придонных отложениях обеспечиваются проводящими структурами, которые образуют бактерии" — говорит один из участников исследования доктор Кристиан Пфеффер.
А догадались ученые об этом после того, как под микроскопом обнаружили прежде неизвестный вид бактерий из семейства Desulfobulbaceae, образующих нитевидные многоклеточные структуры. Эти нити присутствовали повсюду, где только фиксировалась электрическая активность. Эксперименты также показали, что если грубо ткнуть в любой участок этой структуры тонкой иглой, то передача тока сразу же нарушится. Это говорит о том, что движение заряженных частиц происходит именно внутри бактериального "биокабеля".
Следует заметить, что каждая отдельная клетка Desulfobulbus имеет в длину всего несколько тысячных долей миллиметра. Однако объединяясь, они могут образовывать нити до нескольких сантиметров длиной. Эту колонию вполне можно считать единым организмом, поскольку все клетки в них связаны теснейшим образом и обмениваются друг с другом всем, чем только можно. Это, кстати, касается и электричества, которое нужно бактериям для того, чтобы… нормально питаться.
Читайте также: Бактерии строят собственные ЛЭП
Энергию Desulfobulbus получают весьма непростым способом: они окисляют скапливающийся на дне моря сероводород, который образуется при разложении попавших туда органических осадков. Соответственно, для нормальной работы колонии необходим и кислород, выступающий в роли окислителя. Однако члены колонии, обитающие в разных местах, оказываются в неравном положении. Те, что живут наверху, располагают избытком кислорода и недостатком сероводорода, поскольку он образуется ниже. У обитателей более глубоких слоев проблема прямо противоположная — там много сероводорода, но мало кислорода для его окисления.
В результате микроорганизмы нашли весьма изящное и оригинальное решение. Сам кислород в процессе окисления взял роль акцептора лишних электронов, которые он принимает от окисляемого субстрата. Его присутствие на месте реакции не обязательно, главное, чтобы до него каким-нибудь образом дошли электроны.
Таким образом, наблюдаемый электрический ток — это не что иное, как процесс передачи электронов от одних членов колонии к другим. Образовавшись в нижней части колонии, где окисляется сероводород, эти частицы далее следуют наверх, передаваясь из клетки в клетку. Точнее говоря, их передают друг другу специальные белки, напоминающие цитохромы высших животных, которые осуществляют подобную деятельность в митохондриях. После того как электроны достигают той части колонии, вокруг которой уже достаточно кислорода, их "прикрепляют" к нему и процесс передачи можно считать законченным.
"Странная мысль, будто эти бактерии могут служить электропроводниками, получила подтверждение после того, как мы обнаружили заключенные под их мембраной нити, очень напоминающие провода", — добавляет профессор Нильс Рисгаард-Петерсен под руководством которого было сделано открытие. Собственно говоря, эти нити и оказались цепочками из белков, транспортирующих электроны, которые тянутся вдоль оси клетки от одного ее конца к другому. Согласно подсчетам ученых, под мембраной каждой клетки колонии заключено множество отдельных изолированных проводников. Микробиологи также установили, что каждый квадратный метр морского дна заключает десятки тысяч километров таких "биокабелей". Эта удивительная способность передавать электричество дает им значительные эволюционные преимущества и делает колонии Desulfobulbus одними из самых распространенных в этой экологической нише.
Интересно, что в данном случае мы наблюдаем четкую специализацию между разными частями колонии — одни ее обитатели, окисляя сероводород, добывают энергию (в виде молекул АТФ, разумеется), а другие занимаются утилизацией "отходов производства". Те же, которые расположены между первыми и вторыми, выполняют функции транспорта "отходов". Тем не менее, деятельность каждого из участников этой цепочки важна для всей колонии, поэтому что бактерии, добывающие энергию, делятся ей со всеми своими собратьями. Если кто-то не "зарядится", он не сможет выполнять свои функции, что немедленно скажется на всей цепочке.
Получается, что данная колония фактически представляет собой многоклеточный организм. Именно такому типу организации свойственна подобная кооперация при разделении функций между участниками. Если это так, тогда микробиологи из Дании совершили сенсационное открытие — они обнаружили первого в мире многоклеточного прокариота (прежде считалось, что такие организмы могут образовать лишь эукариотические клетки).
Читайте также: Бактерии "чатятся" друг с другом
В заключении авторы работы отмечают, что передача тока может осуществляться на расстояние до трех сантиметров. Оно кажется огромным по сравнению с размерами каждого ее члена. Таким образом, кооперация помогает осуществить то, что каждой клетке, увы, совсем не по силам.