Бактерии планируют свои действия

E. coli известны ещё и тем, что могут обмениваться эволюционными находками с родственниками (фото Weizmann Institute of Science).

Микроорганизмы ожидают будущие изменения среды и готовятся к ним, установили учёные из научного института Вайцмана (Weizmann Institute of Science) и университета Тель-Авива (Tel Aviv University), проводившие исследования в частности с бактериями группы кишечной палочки.

Микробиологи исследовали обитателей тех сред, в которых условия меняются предсказуемым образом. Оказалось, что многие из них приспособились и начинают реагировать на будущее событие ещё до того, как оно наступило.

Бактерии Escherichia coli, например, путешествуя по желудочно-кишечному тракту, проходят множество разных отделов и испытывают постоянное изменение условий. Им «известно», что после сахара лактозы в окружающей их среде вскоре появляется мальтоза.

Группа профессора Ицхака Пильпеля (Yitzhak Pilpel) изучила генетические изменения, которые сопутствуют процессу перехода. Оказалось, что при появлении лактозы включаются гены, связанные не только с лактозой, но и часть тех, что определяют ответ на мальтозу.

В то же время в присутствии мальтозы гены лактозы не активировались. Получается, что в ходе эволюционных изменений бактерии приспособились к определённой последовательности событий.

Примерно такой же (и даже более сложный) процесс имеет место в жизни винных дрожжей. Постепенная ферментация приводит к изменению количества сахара, повышению уровня алкоголя, дрожжи начинают готовиться к следующей ступени.

Все эти механизмы — приспособление к изменяющимся условиям среды, которое повышает шансы микроорганизмов на выживание.

В этих системах эволюция заменяет условные рефлексы, комментирует Пильпель. «Это не просто подготовительная реакция, которая запускается всегда, это специально выработанная реакция на ожидаемое событие», — добавляет Галь Романо (Gal Romano).

Чтобы проверить свои догадки, учёные решили провести эксперимент, похожий на опыты Павлова по отучению от условных рефлексов: они на несколько месяцев поместили дрожжи в среду, в которой мальтоза никогда не следовала за лактозой. Спустя долгое время бактерии «приспособились» и к этим обстоятельствам (точнее говоря, эволюционировали, так как сменилось множество поколений). Гены мальтозы перестали включаться в присутствии лактозы, хотя и не утратили своих функций (то есть включались в присутствии самой мальтозы).

«Получается, что за приготовление к изменению организм определённым образом расплачивается. Это стоит того, так как повышается шанс на выживание. Но в определённых обстоятельствах, например, если „предсказуемое“ изменение прекращается, данное свойство уже не нужно», — добавляет Пильпель в пресс-релизе института Вайцмана.

(Кстати, некоторую обучаемость кишечной палочки и её способность предполагать последующие перемены в среде демонстрировали сравнительно недавно в своих опытах и биологи из Принстона.)

Учёные считают, что подобный процесс происходит в клетках многих животных и даже людей.

Открытие будет иметь и практическое применение, так как с его помощью можно увеличить шансы на выживание генетически изменённых бактерий, производящих биотопливо или лекарства.

О своём открытии учёные рассказали в журнале Nature.

Читайте также о том, как клетки научились считать, а дрожжи показали способности к кооперации.



Биологи выявили ограничитель роста больших птиц

19 июня 2009

Умные колюшки продемонстрировали человеческое поведение

19 июня 2009

Колибри летают быстрее всех известных птиц

16 июня 2009

Учёные открыли новый секрет движения змей

11 июня 2009

У летучих мышей обнаружена неизвестная способность

5 июня 2009