Недавно описанная бактерия меняет представление о том, что значит быть сложным организмом.
Причудливый микроб, обнаруженный японскими экологами, занимающимися поиском биоразлагаемых пластмасс, поначалу выглядит как одна клетка. Но вместо того, чтобы оставаться одноклеточным, как большинство микробов, он развивает организованное тело, состоящее из сотен клеток. Когда приходит время, клеточный конгломерат выбрасывает новое поколение одноклеточных, чтобы начать этот многоклеточный жизненный цикл заново, действуя подобно растению, которое растет и производит семена, или человеку, который рождает детей. Эта работа "открывает новые возможности для изучения новой формы многоклеточности", - говорит Уильям Рэтклифф, эволюционный биолог из Технологического института Джорджии, который не принимал участия в работе.
Появление многоклеточных организмов стало ключевым эволюционным шагом для жизни на Земле. Это позволило существам развивать клетки со специализированными функциями, увеличиваться в размерах и использовать в своих целях большую часть окружающей среды. Растения и животные являются хрестоматийными примерами многоклеточной жизни, но некоторые микроорганизмы тоже демонстрируют несколько простых аспектов группового поведения. Например цианобактерии образуют сложные цепочки клеток. А одноклеточные бактерии Myxococcus в условиях стресса собираются вместе, образуя подвижную массу на ножках, что позволяет им перемещаться в поисках лучших условий.
Коухей Мизуно не искал новых примеров такой сложности микроорганизмов, когда 17 лет назад он обнаружил бактерию под названием "HS-3" в пещере на острове Кюсю, расположенном на юге Японии. Будучи микробиологом Национального технологического института Японии, он и его коллеги занимались сбором микробов из экстремальных сред, таких как горячие источники и пещеры. Они надеялись найти новые ферменты, которые можно было бы использовать для производства биоразлагаемого пластика. Когда он вырастил HS-3 в лабораторных условиях, его необычный радужный блеск указывал на то, что это не обычный микроб.
Мизуно и его коллеги обнаружили, что как только отдельные клетки HS-3 попадают на поверхность, они начинают делиться на длинные нити. Эти нити образуют длинную цепочку, которая формирует красочную двухмерную решетку, похожую на жидкие кристаллы, используемые в экранах мобильных телефонов и других электронных устройств. Ни один другой микроорганизм не способен на такое. Примерно через 5 дней плоский лист начал утолщаться по мере накопления непрозрачных, палочковидных клеток. При погружении в воду эти клетки выстреливались из "тела" микроба, готовые основать новую колонию, сообщили исследователи в этом месяце в журнале eLife. Стержневидные клетки "заставили меня почувствовать себя так, как будто я столкнулся с инопланетным червем из фантастического фильма", - вспоминает Мизуно.
В отличие от других известных форм многоклеточных бактерий, HS-3 не просто имел различные типы клеток; каждый тип имел четкую структуру и формировался в разные моменты жизненного цикла, как бы реагируя на специфические сигналы окружающей среды - в данном случае, погружение в воду. Для микроба "такие детали весьма необычны, говорит Марко Ла Фортецца, эволюционный биолог из ETH Zürich, который не принимал участия в работе".
Тем не менее, его образ жизни подчиняется определенной логике, отмечает Мизуно: HS-3 был найден на пещерной стене, на которой он мог формировать свое тело и накапливать палочковидные клетки. Затем, когда из-за дождя уровень подземных вод поднимается и накрывает его тело, эти клетки высвобождаются и рассеиваются в окружающей среде. "Это интригующий вид организмов", - говорит Пол Рейни, эволюционный генетик из Института эволюционной биологии Макса Планка. "Я бы хотел узнать о нем гораздо больше". Но он и другие не уверены, что многоклеточность HS-3 находится на одном уровне с человеком, сосной или даже медузой.
Термин "многоклеточность" не имеет четкого определения", - объясняет Катрин Хаммершмидт, эволюционный биолог из Кильского университета, поэтому трудно сказать, подходит ли под него HS-3. По ее мнению, клетки настоящего многоклеточного организма могут выживать и размножаться только как часть более крупного организма, чего нельзя сказать о HS-3. И она и другие подчеркивают, что многоклеточные крупные организмы должны быть чувствительны к естественному отбору. Таким образом, по ее мнению, "пещерная бактерия - это еще один пример прокариот с переходной многоклеточной стадией".
Рэтклифф признает, что статус HS-3 находится в подвешенном состоянии. "Есть многоклеточные, - говорит он, - а [затем] есть многоклеточность, когда группа клеток становится эволюционной единицей". Очевидно, что эта бактерия многоклеточная, но для демонстрации ее многоклеточности необходимы дополнительные исследования, говорят он, Рейни и Мизуно. Тем не менее, все исследователи согласны с тем, что открытие HS-3 является убедительным доказательством роли окружающей среды - в данном случае, затопления - в стимулировании эволюции сложных организмов. "Чем больше различных примеров мы обнаружим и проанализируем", - отмечает Хаммершмидт, - "тем больше мы узнаем о происхождении и поддержании многоклеточности".
