Биологи из США выяснили, что бактерии могут объединяться в некое подобие «мозга», используя ту же систему обмена электрическими сигналами, которыми пользуются нейроны в нашей нервной системы.

Ученые выяснили, что некоторые метаногенные бактерии могут соединяться друг с другом своеобразными биопроводами и формировать некое подобие связей, которые образуют нервные клетки в мозге животных, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Гюроль Сюэль (Guerol Sueel) из университета Калифорнии в Сан-Диего (США) и его коллеги обнаружили этот феномен, пытаясь раскрыть необычный секрет из жизни больших сообществ бактерий, объединяющихся в плотные колонии-«пленки» из сотен тысяч отдельных микробов – как организмам в центре таких структур, не имеющих контакта с внешней средой, удается выживать. Наблюдая за жизнью таких пленок, ученые выяснили, что клетки на поверхности пленки, имеющие неограниченный доступ к пище, периодически дают «подышать» внутренней части колонии. Они останавливают свой рост, позволяя питательным веществам проникнуть в глубины колонии, и микробы внутри пленки пополняют запасы продовольствия.

Столь удивительная синхронизация поведения бактерий, удаленных на большие расстояния друг от друга, заставила ученых задуматься о том, как они могут общаться друг с другом. Характер поведения пищи – молекул глутамата – при движении внутрь пленки указал на то, что этот бактериальный «интернет» может работать на базе электрохимических сигналов. Руководствуясь этой идеей, авторы статьи измерили то, как меняется напряжение на поверхности оболочек бактерий и внутри питательной среды во время периодов роста поверхностного слоя микробов и во времена затишья.

Оказалось, что напряжение на мембране бактерий колебалось в такт с циклами роста микробов, что подтвердило догадку Сюэля и его коллег. Эти электрические колебания, как объясняют ученые, порождались ионными каналами на поверхности оболочек микробов, похожими по своей структуре и форме на те ионные «насосы», которые есть на поверхности нервных клеток мозга. Бактериальные ионные каналы работают аналогичным образом – они закачивают или выкачивают из клетки ионы калия, создавая разность в концентрации ионов калия и натрия, что придает микробу способность проводить электрические импульсы через свою поверхность. Если эти каналы и связанные с ними гены удалить, то бактерии теряют способность общаться друг с другом и колония быстро разваливается из-за неспособности координировать волны роста и спокойствия.

Prindle, A., Liu, J., Asally, M. et al. Ion channels enable electrical communication in bacterial communities. Nature 527, 59–63 (2015). https://doi.org/10.1038/nature15709