Интроверты ободряются: когда клетки, как у некоторых людей, становятся слишком раздавленными, они могут перейти в защитный режим, даже отключив фотосинтез.
В исследовании, опубликованном сегодня, команда из Университета Колорадо в Боулдере воспользовалась новой микроскопической техникой, чтобы проследить за жизнью отдельных бактерий по мере их роста и деления на сложные колонии.
Исследователи обнаружили кое-что неожиданное в этом процессе: когда эти одноклеточные организмы, тип цианобактерий или сине-зеленых водорослей, слишком раздавливались, они начинали отключать механизмы, которые были необходимы им, чтобы преобразовывать солнечный свет. в сахар.
Крошечные организмы, другими словами, значительно замедлили свой рост, сказал Джеффри Кэмерон, доцент кафедры биохимии и соавтор нового исследования.
«Если клетка находится между молотом и наковальней, внутри все говорит: «Да, у меня есть питательные вещества. Я хочу расти», - сказал Кэмерон, также из Института возобновляемых и устойчивых источников энергии (RASEI). в CU Боулдер. «Но также должна быть обратная связь, которая говорит: «Мне нужно отключить фотосинтез, чтобы я не расширялся и не разрывался».
Выводы, опубликованные в журнале Nature Microbiology, дают новое представление об этом процессе, который поддерживает большую часть жизни на Земле, и, в частности, о том, как организмы регулируют фотосинтез, когда дела идут плохо. Кэмерон надеется, что результаты его команды также помогут ученым разработать специальные микробы, которые однажды смогут превращать свет в электричество или даже строить жилые дома.
Блинчики с бактериями
Как объясняет Кэмерон, все началось почти случайно.
Он начал это исследование несколько лет назад с обманчиво простой целью: он и его коллеги хотели отслеживать поведение отдельных клеток в колонии бактерий на протяжении всего их жизненного цикла.
Это был трудный подвиг - для простых на вид организмов цианобактерии могут образовывать довольно сложные структуры.
«Клетки снаружи колонии подвергаются воздействию большого количества света, в то время как те, что находятся внутри, подвергаются слабому воздействию света», - сказал Кэмерон. «Со временем, когда они растут и накапливают больше клеток, они сами затеняются».
Чтобы иметь возможность видеть каждую клетку в растущей колонии, Кэмерон разработал метод культивирования цианобактерий, чтобы они расползались, как плоские блины. Когда он начал всматриваться в эти двумерные наросты под микроскопом, он заметил нечто странное: чем больше росли колонии и чем сильнее бактерии внутри начинали сжиматься, тем больше они начинали светиться или «флюоресцировать» под определенный тип света.
Микробы, объяснил он, излучали тепло в окружающую среду, почти как человек, потеющий в битком набитом городском автобусе.
"Я бросил все и провел следующие четыре года, выясняя, что происходит", - сказал Кэмерон.
Разгадка, которую он и его коллеги обнаружили, заключалась в том, что клетки в колонии не все светились одинаково. Например, цианобактерии внутри колонии флуоресцировали намного сильнее, чем на краях. Они также росли намного медленнее, делясь на две части примерно в два раза быстрее, чем их внешние родственники.
Иными словами, когда клетки сжимаются, они сияют.
«Когда клетки становятся закрытыми и не могут расширяться, они становятся сильно флуоресцентными», - сказал Кэмерон.
Маленькие усики
Так почему эти внутренние камеры так сильно потели?
Чтобы ответить на этот вопрос, вам нужно познакомиться с фикобилисомой. Эта крошечная белковая структура является антенной клетки. Многие из этих фикобилисом находятся внутри цианобактерий, где они собирают солнечный свет, а затем транспортируют его к местам реакции, где эта энергия может быть преобразована в глюкозу или сахар..
Или это то, что обычно происходит. Кэмерон и его коллеги обнаружили, что когда их цианобактерии становились слишком замкнутыми, они начинали сбрасывать свои фикобилисомы.
"Если бы цианобактерии получали больше света, чем они могли бы использовать для фотосинтеза, эти антенны буквально оторвались бы", - сказал Кэмерон.
Микробы не могли использовать всю эту энергию, поэтому, чтобы не переедать, они отключили фотосинтез.
Результаты группы, по его словам, показывают, насколько динамичными могут быть одноклеточные организмы: у них есть много инструментов для поддержания здоровья в динамичной социальной среде.
Понимание того, что социальная среда может также однажды помочь ученым заставить фотосинтез работать - использовать солнечный свет для проектирования более экологичных зданий или создания других биологических инструментов.
«Возможно, мы сможем разработать небольшие машины, использующие свет для выполнения вычислений или работы», - сказал Кэмерон.
Это совершенно новый взгляд на ловлю скатов.