Egy baktérium a világ legkisebb természetes kamerája

A cianobaktériumok egyik törzse a beeső fényt saját sejtmembránjára fókuszálja, és a pötty elhelyezkedéséből képes megállapítani a fényforrás irányát.

Egy baktérium a világ legkisebb természetes kamerája

1. oldal

Szemünk egy néhány centi átmérőjű, közel gömb alakú szerv, amely a beeső fényt egy lencse segítségével a retinára fókuszálja, ennek fényreceptorai pedig elektromos jelekké alakítják át az ingereket, továbbítva azokat az agy felé. A Freiburgi Egyetem kutatói nemrégiben igazolták, hogy a cianobaktériumok egyik édesvízi törzse, a Synechocystis tagjai gyakorlatilag pontosan ugyanúgy működnek, mint egy-egy szemgolyó, csak éppen tízezerszer kisebbek annál. Ahogy a piciny, gömbszerű sejtekbe belép a fény, az a gömb túlsó falán fókuszálódik, lehetővé téve a mikroba számára, hogy azonosítsa a fény forrásának irányát, és ennek megfelelően mozduljon el. Ez a baktérium tehát lényegében egy élő szemgolyó, amelynek teljes belső felszíne retinaként, és teljes sejtfala szemlencseként szolgál.

Ahogy már említettük, a Synechocystis a cianobaktériumok közé tartozik. A mikroba ennek megfelelően fotoszintetizál, és rokonaival egyetemben jelentős szerepet játszott és játszik ma is abban, hogy a Föld légköre oxigénben gazdag. Mivel a fotoszintézis alapfeltétele a napfény, a kutatók már több mint egy évszázada tudják, hogy az ilyen életmódot folytató baktériumok jelentős része képes a fény irányába elmozdulni, hogy jobban hasznosíthassa azt. Egyes mikrobák úsznak, míg mások a Synechocystishoz hasonlóan hosszú, ragacsos végű nyúlványokat lőnek ki, majd ezek segítségével vontatják magukat előre. Ezek a mozgásformák alaposan tanulmányozottak, a kérdéses fajok többsége esetében azonban mostanáig nem volt világos, hogy honnan tudják a mikrobák, merre kell menniük.

Egyes kutatók úgy vélték, hogy az egysejtűek csak „botladoznak”: valamilyen módon érzékelik a fény intenzitását aktuális pozíciójukban, és ebből kiindulva próbálkoznak a különböző irányokkal, amíg nem sikerül olyan módon elmozdulniuk, hogy az új helyen erősebb fényviszonyokat találnak. Ha ez megvan, a következő „lépés” során megismétlik ugyanezt, lassan, kisebb-nagyobb kitérőkkel tévelyegve a legjobban megvilágított területek felé. Nils Schuerger és Annegret Wilde, a Freiburgi Egyetem kutatói azonban cáfolták ezt a teóriát, és megmutatták, hogy a cianobaktériumok fényérzékelése sokkal fejlettebb, mint valaha is gondoltuk volna.

A szakértők egy olyan felületre helyezték a baktériumokat, amely felülről volt megvilágítva, mégpedig olyan módon, hogy a felszín az egyik irányba fokozatosan egyre világosabbá vált. Az egysejtűek azonban a várttal ellentétben nem indultak el ebbe az irányba. Csak akkor vették célba ezt a területet, ha a fényforrást a világosabb oldalon túlra helyezték el a kutatók. A mikrobák tehát nem azt érzékelték, hogy ahol ők maguk tartózkodnak, mennyire van világos, hanem a fény forrásának irányát detektálták.

A kutatócsoport tagjai eredetileg úgy sejtették, hogy talán a baktériumban található pigmentek vetnek árnyékot a sejtek fényforrással ellentétes irányú falára, és ez segíti a mikrobák orientációját. „Én gyakorlatilag csak annyit tettem hozzá a munkához, hogy rámutattam, nem valószínű, hogy ez a megoldás” ‒ mondja Conrad Mullineaux, a londoni Queen Mary University kutatója, aki szabadsága alkalmával látogatta meg a csapatot. „A sejtek annyira kicsik, hogy csak a rajtuk keresztülhatoló fénynek csak egy nagyon kis részét képesek elnyelni, így a nyaláb gyakorlatilag ugyanolyan erős a sejtbe belépve, mint amikor onnan távozik.”

Schuerger végül teljesen véletlenül bukkant rá a megoldásra. Mikroszkóp alá helyezte a sejteket, hogy annak fényével ösztökélje mozgásra a mikrobákat, és közben észrevette, hogy minden egyes sejtben egy nagyon fényes pötty figyelhető meg, amely a fényforrással ellentétes oldalon kap helyet. A kutató ebből jött rá, hogy a cianobaktériumok fókuszálják a rájuk eső fénysugarakat. A foltok alapján teljesen egyértelmű, hogy ez történik, de egészen mostanáig soha senki sem vette észre ezeket, mondja Mullineaux.

2. oldal

A szakértők egy lézer segítségével tesztelték, hogy valóban helyes-e új elképzelésük. A mikrobák saját fényleképezési módszerét imitálva a nyalábot különböző irányokból a sejtek belső falára fókuszálták, és a baktériumok erre válaszul valóban a másik irányba kezdtek elmozdulni. A fényérzékelés pontos menete ugyanakkor továbbra is rejtély a kutatók számára. A fényingerekből a kép létrehozása esetünkben sem a szemben, hanem az agyban történik, a baktérium viszont nem rendelkezik központi idegrendszerrel, hiszen egyetlen sejtből áll. A kutatók szerint az élőlény ennek ellenére is a világ legkisebb és legősibb természetes kamerájának tekinthető.

Dan-Eric Nilsson, a Lund Egyetem szemevolúciót tanulmányozó kutatója szerint ugyanakkor ez a megállapítás erős túlzás. Az egysejtű valóban hasonlít a szemgolyóra, de sokban különbözik is ettől. A lila tengerisün tüskéi közt megbújó több száz fogókarocska is fényreceptorokat hordoz, ami az egész állatot egy összetett szemhez teszi hasonlatossá, mégsem állítja senki, hogy a tengerisünnek összetett szeme lenne, mondja a szakértő.

Mindkét összevetéssel az a probléma, hogy a látás jóval több egyszerű fényérzékelésnél. Az igazi szemek (persze komoly agyi segítséggel) a különböző irányokból érkező fénysugarak alapján képesek leképezni a környezetet. A baktérium és a tengerisün viszont csak irányérzékelésre használja a fényt. „Ez nem látás” ‒ mondja Nilsson ‒ „ugyanakkor kiválóan demonstrálja, hogy milyen kevés is elég ahhoz, hogy a látáshoz szükséges összetevők kifejlődjenek.”

Mullineaux ugyanakkor vitába szál Nilsson véleményével. Ha ugyanis egyszerre két fényforrással világítják meg a Synechocystist, a baktériumok többsége félúton állapodik meg a két lámpa között. Ez pedig azt jelenti, hogy a mikrobák képesek a különböző térbeli információk felfogására és integrálására, valamint reagálni is tudnak ezekre, mondja Mullineaux, aki szerint már ez is látásnak tekinthető. „Megpróbáltam átdolgozni egy rólam készült fotót, hogy jobb képem legyen arról, mit láthatnak belőlem a baktériumok” ‒ teszi hozzá a kutató. „Elvileg képesek lehetnek a fejem körvonalainak érzékelésére, ahogy a Petri-csésze fölé hajolok. Meglepően összetett vizuális információkat is tárolni tudnak.”

A szemantikai vitán túllépve, annyi bizonyos, hogy a mikrobák jóval bonyolultabb dolgokat művelnek a fénnyel, mint amire eddig képes gondoltuk őket. És ezzel messze nincsenek egyedül. A páncélos ostorosok egyik családja, a Warnowiaceaefajai szintén egysejtűek, de magukban olyan sejtszervecskéket hordoznak, amelyek együttesen egy-egy szemként viselkednek. A szemlencséhez, a szivárványhártyához, a szaruhártyához és a retinához hasonló funkciójú szervecskék a jelek szerint egykor önállóan létező baktériumokból alakultak ki, amelyeket elnyelt a páncélos ostorosok őse, majd egy fényfeldolgozó struktúrát alakított ki ezekből.

Ahogy a cianobaktériumok esetében, a Warnowiaceae „szeme” is jóval összetettebb működést és szerkezetet mutat, mint a pusztán fényérzékelésre használt receptorok. Ezen élőlények kapcsán tehát tényleg vitatható, hogy mit tekintünk látásnak, és mit nem. Mullineaux elmondása szerint továbbá az is érdekes, hogy a baktériumok közt számos olyan faj létezik, amelyik szintén képes lehet a Synechocystis fényfókuszáló mutatványára. „A lencsehatás a Synechocystisban optimálisan működik, de tulajdonképpen bármelyik baktérium képes lencseként viselkedni” ‒ mondja a kutató. „Azt persze nem tudjuk, hogy a többi faj kiaknázza-e ezt a hatást, de elviekben más baktériumok is képesek lehetnek valamiféle látásra.”

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward