Обнаружены живые магниты: крошечные бактерии удивили исследователей (видео)
Многие живые организмы полагаются на органы чувств, которых нет у людей, и одним из самых необычных является способность реагировать на магнитное поле Земли. Хотя птицы и насекомые хорошо известны тем, что используют этот природный ориентир, крошечные бактерии также обладают этой способностью.
Несмотря на то, что микроорганизмы слишком малы, чтобы путешествовать на большие расстояния, как птицы, учёные обнаружили, что магнетизм помогает им выживать в средах, где чрезвычайно важно найти благоприятные условия, пишет IFLScience.
Магнитотактические бактерии впервые были обнаружены в 1963 году итальянским учёным Сальваторе Беллини, который под микроскопом наблюдал, как пресноводные бактерии последовательно движутся в одном направлении. Сравнив их движение с компасом, он понял, что они направляются на север. Беллини считал, что бактерии содержат структуру, похожую на стрелку компаса, но он так и не опубликовал это открытие.
Эта идея вновь вошла в научный оборот в 1975 году, когда исследователи из Океанографического института Вудс-Хоул подтвердили, что эти бактерии содержат крошечные магнитные кристаллы, расположенные цепочками. Эти кристаллы, называемые магнитосомами, состоят либо из оксида железа (Fe₃O₄), либо из сульфида железа (Fe₃S₄). Их цепочкообразное расположение позволяет бактериям выравниваться по магнитному полю Земли, подобно тому, как выравнивается стрелка компаса.
Бактерии движутся не потому, что магнитное поле тянет их вперёд. Вместо этого они используют вращающиеся хвосты, называемые жгутиками, которые работают как миниатюрные пропеллеры. Эта система вращения является одним из древнейших известных биологических механизмов движения и появилась за миллиарды лет до того, как люди изобрели колесо. Магнитные кристаллы просто удерживают бактерии, направленные в нужном направлении, тогда как жгутики обеспечивают движение.
Учёные обнаружили, что истинное преимущество магнетизма заключается не в поиске севера, а в определении вертикального направления. За пределами экватора магнитное поле Земли наклоняется вниз, что позволяет бактериям различать, где верх, а где низ. Это имеет значение, поскольку они обычно обитают в слоях ила под стоячей водой, где уровень кислорода меняется в зависимости от глубины.
Магнитотактические бактерии предпочитают условия с низким содержанием кислорода. Следуя за магнитным полем, бактерии сужают поиск благоприятных условий с трех измерений до простого движения вверх или вниз, экономя таким образом и время, и энергию.
Некоторые магнитотактические бактерии демонстрируют ещё более необычное поведение, существуя не в виде отдельных клеток, а в виде многоклеточных групп. Эти многоклеточные магнитотактические бактерии образуют полые сферы из одного слоя клеток, жгутики которых направлены наружу. Вся группа реагирует на магнитные поля за доли секунды, что свидетельствует о коммуникации между клетками.
В ходе докторских исследований ученые обнаружили, что клетки генетически и метаболически отличаются друг от друга, причем каждая из них выполняет конкретную роль, способствующую выживанию всей колонии.
Исследователи также обнаружили более сложные организмы, которые извлекают пользу из магнитных бактерий. В пресноводных отложениях, собранных из джунглевого ручья в Габоне, ученые обнаружили инфузорию, содержавшую в себе множество магнитотактических бактерий. Каждый бактериальный партнер имел собственную цепочку кристаллов магнетита, что придавало более крупной клетке магнитные свойства.
Митали Читнис из Мюнхенского университета отметила: "Нас заинтриговал размер этих организмов, и мы хотели узнать, что это за существа и что делает их магнитными". Инфузория также содержала археальный микроорганизм, создавая трёхстороннее партнерство, которое приносит пользу всем участникам. Учёные считают, что такие взаимоотношения могут дать подсказки о том, как сложные клетки эволюционировали благодаря сотрудничеству с бактериями.
Исследования магнитотактических бактерий продолжают раскрывать, как даже самые мелкие организмы развили удивительные способы выживания. Их способность ощущать магнитное поле Земли, взаимодействовать с соседними клетками и вступать в партнерские отношения с другими микроорганизмами даёт ценное представление об эволюции и скрытой сложности микроскопической жизни.
Другие новости науки
- Учёные обнаружили, что социальные сети действительно мешают учебе. Об этом свидетельствуют результаты опроса, проведённого среди более чем 5000 итальянских школьников.
- Учёным удалось установить камеры на китовых акулах. Полученные кадры показали, что эти огромные морские существа проводят гораздо больше времени, питаясь под поверхностью океана, чем полагали исследователи.