Брак ресурсів навчив бактерій домовлятися

Американські біологи виявили, що в умовах нестачі поживних речовин бактерії готові поступатися ресурсами сусідньому конгломерату, і, таким чином, забезпечити виживання і досить бурхливе зростання обох груп. Роботу опубліковано в журналі.

Вчені продовжують вивчення механізмів комунікації (сінної палички). Раніше ми писали про те, що ці бактерії виявилися здатні до злагодженої роботи в біоплівках (так називають закріплені на субстраті великі колонії). Бактерії з однієї частини біоплівки не дають загинути організмам, розташованим далеко від джерел живлення. Також був описаний механізм «спілкування» бактерій в біоплівці через електричні сигнали, і механізм залучення нових бактерій у спільноту. Тепер же вчені вирішили з'ясувати, чи здатні сусідні біоплівки впливати на темпи зростання один одного.

Дві біоплівки помістили в спеціальну камеру, забезпечену постійно вступником поживним розчином. В одних камерах концентрація глутамата була достатньою, в інших - зниженою на чверть. З'ясувалося, що колонії здатні спілкуватися між собою, і, змушені ділити поживні речовини, вони могли вибрати стратегію конкуренції, або спробувати скоординувати свої дії. Справа в тому, що біоплівки сінних паличок поперемінно знаходяться то у фазі спокою, то у фазі росту. Під час фази спокою їм не потрібні поживні речовини, тому, коли ритми двох біоплівок синхронізовані, під час сну виникає «простий» - поживний розчин не споживається ніким з них, але продовжує надходити.

В умовах достатку бактерії синхронізували свої ритми (фази росту і спокою), харчуючись одночасно і розділяючи навпіл надходять поживні речовини. Але в умовах дефіциту така стратегія призвела б до голодування, тому вчені припустили, що для виживання бактеріям довелося б перебудуватися таким чином, щоб харчуватися по черзі. Така стратегія використання ресурсів називається поділом часу і використовується, зокрема, для ефективного розподілу обчислювальних потужностей комп'ютера, коли ними користуються кілька користувачів. Почергове користування дозволяє знизити час простою, а у випадку з біоплівками - уникнути витоку поживного розчину.

Експериментальні дані підтвердили прогнози: в умовах дефіциту групи бактерій перейшли в більш ефективний режим кооперування і почали харчуватися по черзі. Причому вони зуміли навіть обігнати групу достатку за темпами зростання.

Таким чином, спостереження дійсно підтвердили здатність бактерій діяти організовано не тільки в межах однієї біоплівки, але і з конгломератом по сусідству. Залишається незрозумілим, навіщо колонії синхронізували темпи зростання в умовах достатку, і чи повторяться ці сценарії, якщо до сінних паличок підселити групу бактерій іншого виду, або ж поведінка поділу часу діє, тільки коли колонії родинні, а значить спрямована на збереження виду. З іншого боку, оскільки ця поведінка природних біологічних систем нагадує розподіл ресурсів у комп'ютерних системах, цей зв'язок може бути використано в майбутньому для вирішення прикладних завдань у галузі синтетичної біології.