Дружба и война бактерий

Ученым давно известно, что многие виды бактерий формируют различные сообщества, состоящие из огромного количества особей, И эти «коллективы» микроорганизмов демонстрируют довольно любопытные и труднообъяснимые особенности в поведении. В качестве наиболее поразительного примера таких «оригиналов» можно назвать колониальных миксобактерий.


Эти микроорганизмы вольготнее всего чувствуют себя в почве, в навозе, а также на разлагающихся останках растений. Впрочем, их короткие палочковидные клетки, величиной в тысячные доли миллиметра, могут существовать и поодиночке.

Но все-таки чаще всего они организуются в многотысячные скопления, которые в поисках пропитания всей своей массой перемещаются с одного места на другое. При этом каждый член коллектива выделяет обильную слизь, служащую своеобразной «смазкой», с помощью которой армады микроорганизмов скользят по поверхности почвы.

Вызывает удивление тот факт, что все клетки колонии действуют удивительно согласованно, словно ими управляет невидимый дирижер. И если вдруг какая-нибудь бактерия оказывается за краем колонии, она тотчас устремляется назад, словно к этому ее принуждает некая незримая нить.

Как только на пути этой рати микроорганизмов появляется добыча, например, скопление бактерий другого вида, передовой отряд колонии резко поворачивает к жертве и наползает на нее, покрывая ее множеством крошечных телец. После этого у миксобактерии наступает время настоящего пиршества, во время которого с помощью специальных ферментов она переваривает добычу до легкоусвояемого состояния.

Если те же самые виды миксобактерий оказываются в воде, они сразу же преобразуются в шаровидные колонии, состоящие из сотен тысяч и даже миллионов особей. И когда на пути этого миниатюрного шарика попадаются другие микроорганизмы или их колонии, активные движения клеток затягивают жертву в особые углубления на поверхности хищного шара, называемые пищеварительными карманами, где она и переваривается.

Но особенно интересные явления в поведении миксобактерии наблюдаются тогда, когда возникает дефицит пищевых ресурсов.

И если до этого клетки миксобактерии в общей слизистои массе были распределены равномерно, то теперь они начинают собираться в центре колонии, куда прибывают все новые и новые отряды клеток В результате таких активных перемещений клеточных масс, колония редеет по краям, но зато в центральной части она, словно на дрожжах, вздымается кверху.

Причем не бесформенной массой, а вполне структурированным образованием: из едва заметного бугорка вырастает вертикальный столбик, в верхней части которого появляется множество ответвлений. В конце концов из слизистои лепешки образуется нечто вроде маленького деревца, у которого верхушки веточек украшены странными крупными «цветами» с множеством толстых «лепестков».

Эти древовидные образования достигают в высоту нескольких миллиметров, поэтому хорошо видны и без микроскопа. У разных видов миксобактерий они могут различаться формой, а также окраской, которая может быть зеленой, желтой или оранжевой. Эти «цветы» являются плодовыми телами и состоят, по сути, из двух категорий клеток.

Основная их масса во время роста «деревца» служит строительным материалом. Они формируют «ствол» и «веточки» плодового тела. А вот «лепестки цветов» - это немногочисленные группы тех клеток, которые, пережив суровое время, опять вернутся к активному образу жизни.

Во время формирования плодового тел, бактерии меняют свою палочковидную форму на круглую, покрываются плотными оболочками и превращаются в покоящиеся клетки. Когда же минует неблагоприятный период, они опадут с ветвей плодового тела, утратят свою защитную оболочку и вновь превратятся в подвижные палочки. Они опять начнут делиться и тем самым положат начало новым поколениям миксобактерий...

Естественно, чтобы, например, перемещаться «строем» или дружно атаковать жертву, не говоря о более сложных поведенческих актах, бактерии должны каким-то образом. И для коммуникации у них существует особый — химический — язык, который наиболее активно используется, когда бактерий много.

В этом случае каждая бактериальная клетка продуцирует определенные сигнальные молекулы. И когда их количество достигнет некоей критической отметки, они становятся «гласом народа», которому подчиняется большинство участников «собрания».

Таким образом, подобный химический «разговор» необходим бактериям для принятия коллективных решений. В частности, таким молекулярной коммуникации микроорганизмы могут «пересчитать» друг друга, собраться в колонии или синхронизировать синтез и выделение во внешнюю среду токсина.

«Универсальным словом» у бактерий является особое сигнальное вещество AI-2, синтез которого у разных микроорганизмов осуществляется под контролем одного и того же гена. При этом, несмотря на его универсальность, разные бактерии реагируют на этот сигнал по-разному. Он, например, может «включить» свечение морских микроорганизмов и открыть «сеанс связи» в колонии Е. coli.

Следует также сказать, что из-за неодинаковой расшифровки «языка» разными видами бактерий могут возникнуть межвидовые конфликты. Кроме того, одни виды с помощью этого языка могут контролировать другие: например, вступив в «диалог» конкурентов, можно повести его так, что можно оказаться победителем в борьбе за тот или иной ресурс.

Бактерии — это в большинстве случаев «хищники», которые не только атакуют человека, животных или растения. Они не прочь совершить злое деяние и по отношению к своим одноклеточным родственникам.

Так, лактобациллы, попав в такое окружение других бактерий, сразу преображаются. Они начинают усиленно выделять во внешнюю среду округлые гранулы с губительными для соседей веществами: молочной кислотой, лизоцимом и некоторыми специфическими белками.

Но борьба не проходит бесследно и для самих лактобацилл: их клетки повреждаются, и содержимое цитоплазмы вытекает наружу.

И чем активнее лактобациллы, тем больше в их рядах появляется поврежденных клеток, которые впоследствии погибают. А у самых активных штаммов гибнет более трети участников мини-сражений Но сообщество бактерий не допускает гибели всех своих членов-в критической ситуации часть микробных клеток покрывает свою стенку дополнительными защитными слоями и переходит в покоящееся состояние.

Что же касается пострадавшей стороны, то она ведет себя так, как и должна вести армия, проигравшая сражение. Некоторые клетки побежденных бактерий просто прекращают размножение, другие — постепенно разрушаются, третьи — перестают контактировать друг с другом и между ними возникает пустое пространство.

Комментарии: