Происхождение бактерий
Общий предок всех живых организмов на Земле – LUCA (Last Universal Common Ancestor) – передал своим потомкам набор генов, обеспечивающих выживание. Большинство его потомков исчезли, но одна ветвь выжила. Так появились бактерии, которые возникли около 3,5 миллиарда лет назад и сегодня являются самым многочисленным типом организмов на планете.
Бактерии в повседневной жизни
Бактериальные клетки обитают почти везде: в почве, в горячих источниках, в арктических льдах, в стоячих прудах, в пустынях, в туалетах метро, а также в нашем кишечнике в виде пробиотиков или патогенов. Несмотря на разнообразие мест обитания, им приходится решать те же задачи, что и людям – искать пищу, избегать опасностей и поддерживать водно-электролитный баланс.
Один организм – одна клетка
У бактерий нет отдельных органов чувств, мышц или нервной системы – всё происходит внутри одной клетки. Каждая бактерия действует автономно.
Большинство видов способны к подвижности. Их движение обеспечивают молекулярные моторы, вращающие жгутики. Существует два режима движения: «плавание» (жгутики вращаются против часовой стрелки, и клетка движется прямолинейно) и «переворачивание» (жгутики вращаются по часовой стрелке, вызывая резкое изменение направления).
Подвижность требует значительных энергетических затрат, но дает доступ к питательным ресурсам и возможность уклоняться от угроз. Бактериальная реакция на полезные и вредные вещества называется таксисом. Привлекательные вещества – аттрактанты, а отпугивающие – репелленты. Таксис проявляется только у подвижных организмов, в отличие от тропизмов растений.
Сигналы от рецепторов (хеморецепторов, фоторецепторов) запускают химотаксис (реакция на химические вещества) или фототаксис (реакция на свет). При обнаружении аттрактанта бактерия уменьшает количество переворотов и продолжает плавать в нужном направлении; при наличии репеллента – усиливает перевороты, меняя курс.
Водный баланс и терморегуляция
Бактериям необходимо поддерживать оптимальный объём жидкости внутри клетки. Слишком много воды приводит к лизису, а слишком мало – к плазмолизу. Это достигается за счёт осмотического обмена ионов (например, Na⁺ и K⁺) и воды. При более высокой концентрации солей снаружи вода выводится из клетки, а при её избытке внутри – вода поступает внутрь.
У многоклеточных организмов аналогичные процессы регулируются потреблением воды, электролитными растворами и, в тяжёлых случаях, инфузией.
В отличие от животных, которые поддерживают постоянную внутреннюю температуру, бактерии адаптируют свои биохимические реакции к внешней температуре. Температурные изменения влияют на их метаболизм, и клетки «перекалибруют» ферменты, чтобы выжить в разных климатических условиях.
Размножение и социальное поведение
Бактерии размножаются делением клетки – простым процессом, не требующим партнёра. Половое размножение появилось позже у одноклеточных протистов как модификация этого процесса.
Хотя репродукция у бактерий не является социальным актом, они часто образуют сообщества. На поверхностях клетки выделяют полисахариды, которые «склеивают» их в плотные скопления – биопленки.
Биопленки можно увидеть в виде зубного налёта, пятен на стенах ванных комнат или скользкой пленки на электросетях. Учёные обнаружили, что клетки в биопленке обмениваются электрическими сигналами, координируя питание, размножение и привлечение новых членов.
Обучение и память у бактерий
Исследования показывают, что бактерии способны формировать внутренние молекулярные представления окружающей среды (температура, уровень кислорода) и использовать их для предсказания будущих условий. То есть они могут «учиться» и «запоминать», хотя у них нет нервной системы.
Память в данном случае – это клеточный механизм, позволяющий прошлый опыт влиять на будущие реакции, что аналогично нашему представлению о памяти, но реализуется на уровне биохимических путей.
Источник
Отрывок из книги Джозефа Леду «История нашего сознания», изданной издательством Copernicus Center Press.
