Например, у многих видов бактерий, проживающих в соленых водах и осадках, имеются крохотные цепочки кристаллических частиц магнетосом. Они содержат железо в виде магнетита и помогают бактерии ощущать магнитные поля, направляя их движение с помощью геомагнитного поля Земли. Так, бактерии из морских отложений благодаря своему компасу легко ориентируются и быстро мигрируют в нужном направлении. Бактерия, создающая себе компас, – факт удивительный. Интересно, что в отличие от большинства бактерий с магнетосомами, три их вида, предпочитающих, насыщенные серой, воды, строят свои компасы не из окиси железа. Они образуют кристаллическое вещество – греигит, соединяя железо с серой. Интересно, что представители каждого вида создают собственный кристалл греигита по уникальной, пока не разгаданной людьми технологии. Ее, как и все феноменально сложное и целесообразное, что вложено в эти одноклеточные существа, бактерии в неизменном виде передают через века: от предков – к потомкам.
Открыв уникальную чувствительность бактерий, люди стараются использовать ее себе на пользу. Например, бактерии могут предупреждать нас о всплесках солнечной активности за неделю до их появления. Бактерии, способные менять свою окраску, служат главной «деталью» сверхчувствительного прибора. На что они реагируют – на изменение электромагнитных полей или сигнальные частицы, летящие от Солнца, – пока не выяснено. А некоторые бактерии могут даже служить сенсором для определения качества приготовленной пищи, т. к. могут в ней менять акустический спектр в диапазоне 100 кгц – 15 мгц.
«Мозговой центр» бактерии
Как показано ранее, чувствительность бактерии – это результат воздействия на ее «органы чувств» различных сигналов. Они отражают как внутренние процессы в организме, так и влияние на него внешней среды. И циркуляция этих информационных сигналов внутри бактериального организма представляет собой весьма сложную систему со многими связями. Чтобы правильно реагировать на сигналы из окружающей среды, клетка бактерии должна решить несколько задач:
• воспринять сигналы, несущие огромное количество информации;
• доставить их по назначению;
• обработать полученную информацию;
• адекватно отреагировать на получение сигналов;
• выключить системы реагирования после исчезновения сигналов и т. д.
Постоянная переработка всей информации чрезвычайно важна для жизнедеятельности такого, казалось бы, «просто устроенного» организма. Для решения множества задач у бактерии, видимо, существует неведомый науке непостижимый по сложности «мозговой» центр и аналог нервной системы, как у многоклеточных животных. Рассмотрим это подробнее.
Устройства для целенаправленных движений. Итак, бактерии, при отсутствии у них нервной системы и видимых органов чувств обладают свойством воспринимать раздражения из внешней среды и от собственных органов. Поскольку у бактерии «в одном лице» представлены и клетка и организм в целом, то, восприняв раздражение, они, каждый по-своему, автоматически реагируют на него. Клетка переходит в состояние возбуждения – к активной физиологической деятельности, выражающейся, например, в возникновении биоэлектрического потенциала, способного к распространению, а организм – к активному движению.
Одни бактерии способны к скользящему передвижению за счет специально существующей слизистой капсулы на поверхности клетки. Другие же имеют особые органы движения – жгутики (от 1 до 50). Они берут свое начало под цитоплазматической мембраной, закрепляясь там с помощью пары дисков. Вращая эти жгутики бактерия сможет достаточно активно передвигаться, причем направление их вращения периодически меняется. При вращении жгутиков в одну сторону, бактерия кувыркается на месте, а при обратном вращении плывет по прямой линии. В однородной среде бактерия передвигается в случайном направлении, которое меняется после каждого периода кувыркания. Если же она встречается с повышенной концентрацией какого-то привлекательного для нее вещества, то кувыркания происходят реже, а периоды прямого движения удлиняются, что приводит к целенаправленному перемещению в сторону большей концентрации этого вещества. И наоборот, если окажется, что она плывет по направлению к какому-то «отпугивающему» ее веществу, то кувыркания учащаются, что способствует перемене направления.
Что интересно, осуществлять движения и управлять ими помогает очень тонкая и сложная система навигации, которая направляет определенные сигналы к так называемым «ротационным моторам» жгутиков. Один такой сверхмалый «мотор» размером до 30 нм (1мм – 30 000 таких моторчиков) может достигать 100 оборотов в секунду! Вращается он как вперед, так и назад, давая возможность бактерии осуществлять четко направленные движения. Для «строительства» такого «ротационного двигателя» должны быть закодированы тысячи специфических внутриорганизационных структур. Жгутики – это совершенно уникальное образование, которое больше не встречается ни у кого в природе!
«Память» бактерий. Механизм движения бактерий, казалось бы, простой, но даже в нем есть тонкости, которых трудно ожидать от бактерии. Например, кувыркание зависит не от абсолютной концентрации какого-то вещества, а от ее изменения. Хотя градиент концентрации – явление пространственное, бактерия воспринимает его во времени, по мере того, как плывет. Она замечает, что концентрация становится выше или ниже, чем была перед этим. Иными словами, у бактерии есть что-то вроде памяти. Поэтому можно заменить пространственный градиент временным. Если взять аминокислоту и добавить фермент, разрушающий ее с подходящей скоростью, то концентрация аминокислоты будет снижаться. Бактерии отвечают на это увеличением частоты кувыркания и меняют направление движения так, как будто они плывут вдоль градиента в зону с более низкой концентрацией.
Продолжая эксперименты по воздействию на бактерии различных полезных или вредных для их жизнедеятельности, веществ, ученые выяснили, что бактерии обладают не только кратковременной, но и долговременной памятью. Они помнят, где именно находили пищу. Столкнувшись с неизвестным объектом, они используют ту или иную стратегию обращения с ним, а в следующий раз действуют по памяти. И это одноклеточная бактерия! Ведь мы с вами, решая, наступать нам или отступать, двигаться вперед или назад, задействуем сотни и даже тысячи клеток мозга! Так существует или нет примитивные живые существа? Ученым пока не удалось обнаружить ни одного.
Бактерия не «биочип», а индивидуальность. Некоторые ученые считают, что бактерия – это своеобразный, подвижный самоуправляемый модуль, «биочип», размером менее 10 мкм, который объединяет в одном «корпусе» сенсор, логическое и исполнительное устройство, а также системы подвижности. Однако сейчас достоверно известно, что бактерии обладают не только памятью, но для них характерны и проявления индивидуальности! Кто же такой индивид? Это отдельный организм, элементарная единица жизни, имеющая все признаки, свойственные виду, к которому она принадлежит. И вместе с тем, индивид имеет свои особенности, отличающие его от других таких же организмов этого вида. Это характерно и для бактерий.
Во-первых, исследователи выяснили, что молодые бактерии учатся и запоминают лучше, чем старые. То, чего они не узнали в «юном возрасте», уже могут не узнать никогда. А во-вторых, ученые с изумлением узнали, что отдельные бактерии обладают совершенно уникальными поведенческими возможностями. И это несмотря на одинаковость генетической структуры и окружающей среды в процессе экспериментов!
Если в неорганической природе действует закон о сохранении энергии, то в мире живого – закон сохранения индивидуальности. Он гласит, что с момента появления на свет возникает индивидуальная специфика организма, которая сохраняется до его смерти. Бактерии, как ясно из вышеизложенного, не нарушают закон индивидуальности.
Бактерии умеют «принимать решения». Поскольку характерной чертой живых существ, способных к самостоятельной жизнедеятельности является постоянное принятие решений и целесообразное реагирование на изменения микро– и макроокружения, то особая важность в этих процессах принадлежит информационной составляющей жизненных процессов. И, как было показано выше, любые, даже мельчайшие одноклеточные организмы, включая бактерию, способны оценивать и сортировать информацию по ее значимости для сохранения своей жизнеспособности.
Исследователями установлено, что когда бактерии получают информацию о местонахождении «вкусной» еды, они не только активно перемещаются в ее направлении, но даже способны «принимать решение». Убедившись, что экспериментальные особи знают, где находится эта пища, ученые поместили на пути следования преграду в виде слабого раствора дезинфицирующего средства. Бактерии сумели с помощью своего «мозгового» центра оценить информацию о местонахождении полезных и вредных веществ на их пути. Очень довольно быстро нашли путь в обход ядовитой преграды и направились к пищевому источнику. Эти результаты исследований ошеломили ученых.