Bakterie działają jak mikrogałki oczne

Po ponad 300 latach dociekań naukowcom udało się wreszcie ustalić, w jaki sposób bakterie postrzegają świat. Zespół z Wielkiej Brytanii, Niemiec i Portugalii zauważył, że całe komórki bakteryjne spełniają funkcję mikroskopijnej gałki ocznej.

Koncepcja, że bakterie mogą oglądać świat zasadniczo w ten sam sposób co my, jest ekscytująca - uważa prof. Conrad Mullineaux z Queen Mary University of London (QMUL).

Autorzy publikacji z pisma eLife badali sinice (cyjanobakterie) z rodzaju Synechocystis.

Ponieważ fotosynteza jest kluczowa dla przeżycia cyjanobakterii, naukowcy próbowali zrozumieć, w jaki sposób wyczuwają one światło. Wcześniejsze badania wykazały, że dysponują one fotoreceptorami i że potrafią ustalić położenie źródła światła i poruszać się w jego kierunku (wykazują fototaksję). Najnowsze studium zademonstrowało, że są do tego zdolne, bo całe ich ciało komórkowe spełnia rolę sferycznej soczewki. Cyjanobakterie poruszają się w kierunku przeciwnym do punktu, w którym promień skupia się na dalszej krawędzi komórki.

Mullineaux opowiada, że do odkrycia doszło przez przypadek. Mieliśmy komórki przytwierdzone do powierzchni i oświetlaliśmy je z jednej strony, by obserwować ruch. Nagle zobaczyliśmy jasne punkty skupienia promieni i doznaliśmy olśnienia. Wtedy stało się jasne, co się dzieje.

Naukowcy nie tylko badali zdolność skupiającą bakterii za pomocą różnych rodzajów mikroskopu, ale i posłużyli się promieniem lasera, by zbadać jego wpływ na zachowanie Synechocystis. Na środek szalki Petriego kierowano stały strumień światła, a następnie innym (silniejszym) promieniem podświetlano komórki z jednej strony. Na przestrzeni minut cyjanobakterie tworzyły pile, za pomocą których przemieszczały się w jego kierunku. Gdy tylko komórki docierały do promienia lasera i promień "dotykał" jednej ze stron, momentalnie zmieniały jednak kierunek. W normalnych okolicznościach zachowanie to skierowałoby sinice w kierunku źródła światła.

Ponieważ światło dociera do komórki ze wszystkich stron, każda z sinic ma 360-stopniowy obraz otoczenia, skupiony na wnętrzu błony komórkowej.

Obraz jest bardzo rozmyty - o rozdzielczości kątowej ok. 21 stopni (w przypadku naszych oczu wynosi ona 0,02 st.). To jednak wystarczy fotoreceptorom, by pokierować ruchem. Kiedy biolodzy oświetlali komórki 2 promieniami, pojawiały się 2 punkty skupienia promieni i bakteria wydawała się integrować informacje, przemieszczając się w kierunku pośrednim.

Zespół sądzi, że bakterie mające kształt pałeczek także wykorzystują refrakcję do ustalenia położenia źródła światła; tym razem miałyby one działać jak światłowody. Dokładny mechanizm trzeba jednak określić w ramach przyszłych badań.

sinice cyjanobakterie widzenie soczewka sferyczna refrakcja Synechocystis Conrad Mullineaux