Уникални магнитни бактерии оцеляват с поведение на многоклетъчни

Наскоро публикувано изследване представя нов поглед върху живота на бактерии, които оцеляват, като се групират заедно така, сякаш са многоклетъчен организъм.

Организмите в проучването са единствените известни бактерии, които правят това по този начин, и изучаването им помага на астробиолозите да обяснят важни етапи от еволюцията на живота на Земята.

Изследването е публикувано в списание PLOS Biology.

Организмите, обект на изследването, са известни като многоклетъчни магнитотактични бактерии (MMB - multicellular magnetotactic bacteria). "Магнитотактични" означава, че MMB са част от специална група бактерии, които ориентират своето движение спрямо земното магнитно поле, използвайки миниатюрни "магнитни стрелки" в клетките си.

Подобно на компас, съдържащите желязо магнитозоми в бактериите се ориентират към магнитните полета на Земята, което ги принуждава да се движат в северна или южна посока в зависимост от това кое полукълбо обитават. Кредит: 2017, Toshitsugu Yamazaki

Но това не е всичко - MMB живеят струпани в групи от клетки, които според някои учени проявяват т.нар. "облигатна" (присъща, задължителна) многоклетъчност - именно тази черта е във фокуса на новото изследване.

В биологията "облигатна" означава, че организмът се нуждае от нещо, за да оцелее. В случая - отделните клетки от MMB не могат да оцелеят сами. Вместо това, те живеят в консорциум (задължителна за оцеляването колония) от множество клетки, които се държат по много начини като единен многоклетъчен организъм.

Тази необходимост да живеят заедно води до това, че когато MMB се размножават, те го правят чрез удвояване на всички клетки в консорциума едновременно, като така удвояват общия брой клетки. Тази голяма група след това се разделя на два идентични консорциума.

Електронно-микроскопско изображение и илюстрация на консорциум от MMB показват характерните черти, включително кухо пространство в центъра на клетъчната група. Кредит: PLOS Biology (2024). DOI: 10.1371/journal.pbio.3002638

MMB са единственият известен пример за бактерии, които живеят по този начин. Много други бактерии също се събират в групи, но представляват просто агрегати от единични клетки. Например цианобактериите образуват колонии и структури като строматолити или биофилми, видими с просто око. Но за разлика от MMB, тези цианобактерии могат да съществуват и като самостоятелни клетки.

В новото изследване учените разкриват още по-голяма сложност в отношенията между клетките в MMB консорциумите.

Първо, в разрез с дълго задържали се предположения, отделните клетки в рамките на консорциума не са генетично идентични - те се различават леко в своята генетична информация. Освен това клетките демонстрират различно и допълващо се поведение в своя метаболизъм.

Предполагаемият жизнен цикъл на многоклетъчните магнитотактични бактерии (MMB). Кредит: Джордж Шайбъл

Всяка клетка в един MMB консорциум изпълнява роля, която допринася за оцеляването на цялата група. Това поведение наподобява поведението на клетките в многоклетъчни организми. Например човешкото тяло се състои от десетки трилиони клетки. Те се специализират в различни типове с различни функции: костните клетки не са като кръвните, мастните клетки, които съхраняват енергия, се различават от нервните клетки, които предават информация. Всяка има своя роля и заедно те формират едно цяло живо тяло.

Еволюцията на многоклетъчността е един от най-значимите преходи в историята на живота на Земята и оказва дълбоко въздействие върху биосферата. След появата ѝ, животът развива нови стратегии за оцеляване и създава напълно нови екосистеми. Като единственият пример за бактерии с облигатна многоклетъчност, MMB дават важен поглед към възможните механизми зад тази ключова стъпка в еволюционната история на живота.

Извънземен живот

Този вид бактерии обитават не само сушата и плитки води, но и дълбоководните хидротермални извори - които привличат вниманието не само като място, където се заражда уникален подводен живот, но и като потенциално аналогично местообитание за извънземен живот. Тази среда е подобна на тази, която се смята, че е била на Марс, когато на повърхността му все още е имало течаща вода, преди около 3 милиарда години.

Фосилизираните останки от магнитните частици в магнитотактичните бактерии (известни като магнитофосили) могат да се запазят в скалите в продължение на милиарди години. Тези магнитофосили могат да помогнат на изследователите да сглобят древната геомагнитна история и са добри кандидати в търсенето на извънземен живот.

През 1996 г. марсианският метеорит Allan Hills 84001 (ALH84001), който е на около 3,6 милиарда години, предизвика световна сензация, когато се оказа, че съдържа вкаменелости от железни кристали от бактериоподобен живот. Оттогава твърдението е широко оспорвано, но някои учени все още имат надежда да открият доказателство за извънземен живот.

Кредит: NASA	Снимка с електронен микроскоп на верига магнетитни кристали в марсианският метеорит Allan Hills 84001 (ALH84001). Дейв MакКей и колектив излагат 5 аргумента в полза на органичния им произход.

"Магнитотактичните бактерии предоставят сведения за ранната диверсификация на бактериите и се надяваме, че те ще бъдат открити извън Земята, може би на Марс или на ледените луни. Засега ще продължим да търсим повече доказателства за тях в скали от различни видове и възрасти на Земята, където преди не се е смятало, че обитават", заявява доцент Йохи Сузуки (Yohey Suzuki) от Токийския университет, който открива през 2023 г. магнитотактични бактерии за първи път край дълбоководни хидротермални извори.

Справка:

Bullet-shaped magnetosomes and metagenomic-based magnetosome gene profiles in a deep-sea hydrothermal vent chimney., Frontiers in Microbiology (2023). DOI: 10.3389/fmicb.2023.1174899

George A. Schaible et al, Multicellular magnetotactic bacteria are genetically heterogeneous consortia with metabolically differentiated cells, PLOS Biology (2024). DOI: 10.1371/journal.pbio.3002638

Източник: Unique bacteria that survive by employing multicellular behavior offer clues to life's evolution, Aaron Gronstal, NASA

Още по темата

01/04/2025

Животът

"Обичам те, не те обичам": Хидродинамиката е стимулирала еволюцията на многоклетъчния живот, твърдят учени

25/03/2025

Животът

Открит е фосил на голям организъм, който не принадлежи към никоя известна форма на живот

20/11/2024

Животът

Учени отглеждат химерни мишки с ген, по-стар от появата на животните

28/06/2023

Животът

Магнитни бактерии показват как се е променяло магнитното поле на Земята