LUCA, общий предок всех живых организмов на Земле, передал своим потомкам черты выживания в виде генов. Некоторые из его потомков – предположительно крупных – не выжили. Но одна группа это сделала. Бактерии появились 3,5 миллиарда лет назад и сегодня являются самым многочисленным видом организмов на Земле.
Бактериальные клетки, живут ли они на заднем дворе, в глубинах горячего моря или в Арктике, в илистом пруду или пустыне, в мужском туалете на Центральном вокзале или в качестве токсинов или пробиотиков в нашей толстой кишке, должны выполнять множество функций. выполняет те же важные задачи, которые люди выполняют, чтобы оставаться живыми и здоровыми:избегать опасностей, обнаруживать и усваивать питательные вещества и источники энергии, а также поддерживать правильный уровень жидкости и электролитов.
И чтобы их вид выжил, они должны размножаться. Как и мы, они удовлетворяют многие потребности выживания, в том числе посредством взаимодействия с окружающей средой в поведении.
Один за всех
Поскольку все тело бактерий содержится в одной клетке, нет дополнительных клеток, составляющих отдельные органы чувств, мышцы или нервную систему для координации сенсорной и двигательной деятельности. Одна ячейка работает отдельно.
Многие бактерии мобильны и используют свое непрерывное хаотичное движение для повседневного выживания. Они движутся благодаря молекулярным моторам, которые контролируют волокнистые отростки, называемые жгутиками. Для перемещения они используют два типа движений:«плавание» и «кувыркание». Когда все жгутики вращаются против часовой стрелки, бактерия течет в направленном направлении, а когда жгутики вращаются по часовой стрелке, бактерия кувыркается.
Мобильность имеет как преимущества, так и издержки. Для этого необходимы жгутики, а <сильное> движение жгутика использует огромную часть ежедневного запаса энергии бактерий. С другой стороны, мобильность дает вам больше возможностей добывать еду и избегать опасностей. Примитивные движения бактерий, как мы уже упоминали, называются таксисами, реакциями ориентации в сторону полезных веществ и в противоположную сторону вредным веществам. Полезные вещества называются аттрактантами, а вредные – репеллентами. Таксии встречаются только у подвижных организмов и поэтому отличаются от тропизмов стебля, листьев или корней стационарных растений; в случае такси весь организм меняет свое положение в пространстве.
Такси инициируются в результате обнаружения рецепторами аттрактантов или репеллентов. Некоторые рецепторы чувствительны к концентрации химических веществ в окружающей среде (хеморецепторы), другие — к свету (фоторецепторы). Поведение под действием химических соединений называется хемотаксисом, а поведение под действием света — фототаксисом.
Переворачивающее действие зависит от текущего положения бактерий. При обнаружении аттрактанта переворачивание уменьшается, в результате чего бактерии движутся к веществу. С другой стороны, наличие репеллента увеличивает опрокидывание, что вызывает изменение направления движения и отход. Возникновение кувыркания или плавания зависит от молекулярных сигналов, посылаемых бактериальными рецепторами; сила этих реакций зависит от концентрации раздражителя (химического или светового).
Тепло, теплее, обжигает!
Бактериальным клеткам также необходимо поддерживать достаточный объем жидкости, чтобы оставаться здоровыми; если воды слишком много, ячейка взорвется, а если воды слишком мало, она взорвется. Этот процесс включает в себя серию сложных взаимодействий между электролитами (солями, например, натрия и калия) и водой. Если концентрация солей снаружи клетки больше, чем внутри, вода удаляется, что уравновешивает водно-солевой баланс и предотвращает разрыв клетки; если концентрация соли внутри слишком высока, вода втягивается внутрь, чтобы предотвратить разрушение клетки.
То же самое можно сказать и о поддержании баланса жидкости в различных клетках организма животных.
Когда в наших клетках слишком много соли, мы пьем жидкость, чтобы вывести соль из клеток и восстановить баланс. Потеря жидкости из-за рвоты, диареи или напряженных физических упражнений снижает количество электролитов, что нарушает клеточный баланс; затем необходимо заменить электролиты и жидкости, например, выпивая напитки, богатые электролитами (такие как Gatorade), или, в тяжелых случаях, капельно.
Бактериальным клеткам также необходимо поддерживать достаточный объем жидкости, чтобы оставаться здоровыми; если воды слишком много, клетка взорвется, а если слишком мало, она взорвется.
У многих животных есть физиологические механизмы, которые поддерживают постоянную внутреннюю температуру, несмотря на изменения внешней температуры, поскольку колебания температуры могут нарушать физиологические процессы и химические реакции, необходимые для выживания клеток. Животные также используют поведение для терморегуляции — мы раздеваемся или ищем тень. когда слишком жарко и мы надеваем новые слои одежды, когда слишком холодно; некоторые млекопитающие периодически линяют; птицы мигрируют.
Между тем, бактерии вместо того, чтобы поддерживать внутреннюю температуру на уровне заданного значения, переконфигурируют определенные биохимические процессы, чтобы адаптировать свою физиологию к внешней температуре. Возможно, именно эта черта определила способность ранних одноклеточных форм жизни выживать в самых разных климатических условиях. Но помимо этого, бактерии чувствуют внешнюю температуру и используют свое поведение, чтобы адаптироваться к внешней среде.
В группе веселее
Бактерии, как и все организмы, должны размножаться, чтобы выжить с течением времени. Для человека и многих других животных размножение обычно требует участия другого организма. Однако у бактерий это просто вопрос деления клеток. Секс возник как модификация деления клеток у одноклеточных простейших и не существовал бы без бесполой формы размножения, которую бактерии использовали на протяжении миллиардов лет.
Хотя размножение само по себе не является социальной деятельностью бактерий, в некотором смысле они являются социальными организмами - они часто группируются на поверхностях и выделяют химические вещества, которые буквально склеивают отдельные клетки вместе. Такие кластеры называются биопленками.
Налет, слизь на стене душа или электрической зубной щетке, а также многие слизистые предметы в природе являются примерами биопленки. Недавние исследования показали, что эти клетки не только пассивно прикрепляются друг к другу, но и общаются, генерируя электрические сигналы, с помощью которых координируют прием пищи и размножение, а также привлекают в группу новых членов.
Многие виды поведения, которые у более сложных организмов относятся к межличностным или социальным взаимодействиям, например, привлечение определенных мест или вещей или избегание их на основе запахов, на самом деле можно объяснить аналогичными простыми факторами.
О чем говорят бактерии?
Бактерии также могут поглощать информацию о своем мире и использовать ее для управления своим поведением в будущем. Например, есть свидетельства того, что они создают внутренние молекулярные представления условий окружающей среды (температура, уровень кислорода) и используют их для последующего прогнозирования условий окружающей среды, чтобы они могли реагировать соответствующим образом. Другими словами, как мы уже говорили, они могут учиться и запоминать. Хотя доказательства бактериального обучения в основном основаны на теоретических моделях, у нас есть убедительные доказательства обучения и памяти у одноклеточных простейших. Обучение и память не требуют нервной системы.
Мы часто придерживаемся антропоцентрического взгляда на память, определяя ее как способность сознательно вспоминать прошлое. Но память — это прежде всего клеточная функция, которая позволяет использовать прошлое для изменения будущего функционирования клетки, будь то одноклеточный или многоклеточный организм. То же самое можно сказать и о большей части нашей психической жизни и ее проявлениях в нашем сознании.
Приведенный выше текст представляет собой отрывок из последней книги Жозефа Леду «История нашего сознания», которая только что была опубликована издательством Центра Коперника.
Сознание, хотя и полезно для людей во многих отношениях, о которых мы поговорим позже, часто является пассивным наблюдателем поведения, а не его активным контролером, особенно в отношении механизмов выживания, история которых насчитывает миллиарды лет.
Именно эта способность нашего мозга осознавать свою собственную активность позволяет нам обеспечить выживание, когда мы этого захотим, испытывать страх, удовольствие и другие эмоции и даже использовать свою свободную волю, чтобы решить, что делать дальше.
Источник:
Приведенный выше текст представляет собой отрывок из последней книги Жозефа Леду «История нашего сознания», которая только что была опубликована издательством Центра Коперника.
