Egy brit-német kutatócsoport meghökkentő felfedezést tett: a nyálkaképző baktériumok optikai eszközökként viselkednek és nemcsak a fény, de bizonyos képérzékelésre is képesek.
A baktériumokat már több mint 300 éve tanulmányozzák, de csak most sikerült rájönni, hogyan „látják” a baktériumok a világot. Megdöbbentő, hogy meglepően hasonlóan, ahogy mi, emberek.
Mikroszkopikus szemgolyók
Egy brit és német kutatókból álló csoport az eLife nevű szabadon hozzáférhető online folyóiratban fejti ki, hogy a bakteriális sejtek mikroszkopikus szemgolyókként vagy a világ legősibb és legapróbb fényképezőgép-lencséiként viselkednek.
Meglehetősen izgalmas az az elképzelés, hogy a baktériumok alapvetően ugyanúgy látják a világot, mint mi.
– mondta a kutatások vezetője, Conrad Mullineaux, a londoni Queen Mary University biológiai és kémiai tudományok iskolájának professzora.
A cianobaktériumok nagyszámban megtalálhatók a vizekben, illetve csúszós, nyálkás zöld filmréteget képeznek a sziklákon és a kavicsokon.
A tanulmányban használt faj, a Synechocystis az édesvizű tavakban és folyókban található a természetben.
A fotoszintézis miatt fontos számukra a fényérzékelés
A cianobaktériumok nagyjából 2,7 milliárd éve alakultak ki a földön, és az a tény, hogy képesek oxigént termelni és szén-dioxidot megkötni a nap energiájának felhasználásával, azaz fotoszintetizálni, vezetett arra a gondolatra, hogy tömeges kihalásokat és a legősibb ismert jégkorszakot okozták.
Mivel a fotoszintézis létfontosságú e baktériumok életben maradása szempontjából, a kutatók már régóta keresik a választ a kérdésre: hogyan érzékelik a fényt.
A korábbi tanulmányokból kiderült, hogy fényérzékelőket (fotoszenzorokat) tartalmaznak, és képesek meghatározni a fényforrás helyzetét és arrafelé mozogni (ezt a jelenséget hívják fototaxisnak).
A sejttest lencseként viselkedik
A mostani tanulmány feltárta, hogy azért képesek erre, mert a sejttest lencseként viselkedik. Amint a fény nekiütközik a gömbölyű felületnek, megtörik és a sejt másik oldalán fókuszálódik. Ez egy olyan mozgást vált ki, ami ellentétes irányú a fókuszált pont helyével.
A baktériumok perceken belül parányi tapogatószerű képleteket (pili) növesztenek, amelyek a fényforrás felé nyúlnak. Amint megkapaszkodnak a felületen, összehúzódnak és előrehúzzák a baktériumot. „Az a tény, hogy a baktériumok válaszolnak a fényre, egyike a viselkedésükkel kapcsolatos legrégibb tudományos megfigyeléseknek” – mondta Mullineaux.
340 év óta először gondoltak rá
„A mi megfigyelésünk, miszerint a baktériumok optikai eszközök, utólag elég nyilvánvaló, de sosem gondoltunk rá, amíg nem láttuk. És más sem vette észre korábban annak ellenére, hogy a tudósok már mikroszkóppal vizsgálják a baktériumokat az elmúlt 340 évben” – tette hozzá a kutató.
A Synechocystis gömbölyű lencseként működik, de a csoport úgy véli, hogy a pálcika alakú baktériumok – száloptikaként működve – szintén
a fénytörést érzékelve képesek észlelni a fény irányát.
Az eredmények minden valószínűség szerint a baktériumok és az összetettebb, soksejtű élőlények, köztük az állatok és az ember konvergens (összetartó) evolúciójára szolgálnak példaként.
A fényérzékelés elve hasonló csak a felbontása rosszabb
„A fényérzékelés fizikai alapelvei ugyanazok a baktériumoknál és az állatok sokkal összetettebb látásánál, de a biológiai struktúrák különbözők” – mondta Annegret Wilde (Freiburgi Egyetem), a cikk társszerzője. A Synechocystis sejtje nagyjából félmilliárdszor kisebb, mint az emberi szem.
A sejt hátulján megjelenő kép ugyanúgy fejjel lefelé áll, mint az emberi retinán, csak természetesen a felbontás sokkal rosszabb. Így csak maximum a tárgyak körvonalai vehetők ki.
Az optikai eszközök képességét a finom részletek megkülönböztetésére az úgynevezett szögfelbontás határozza meg. Az emberi szemnél ez az érték lenyűgöző: 0,02 fok. Ugyanezt a Synechocystisnél a kutatók 21 fokra becsülik.