«Спільне харчування» могло закласти основу життя, яке ми знаємо

Для істоти, що складається лише з однієї клітини, стентор є справжнім гігантом. Цей організм трубчастої форми належить до найбільших одноклітинних організмів, досягаючи довжини загостреного кінчика олівця. Проте іноді йому важко засмоктувати бактерії та мікроскопічні водорості, якими він харчується.

Нове дослідження виявило, що стентори, які належать до групи протистів, можуть долати цю проблему, харчуючись «сімейним способом». У статті, опублікованій у понеділок у журналі Nature Physics, учені поділилися відкриттям, що колонії стенторів здатні прискорювати потік води навколо себе, допомагаючи їм всмоктувати більше здобичі.

Нові відкриття свідчать про те, що, хоча стентори не мають нейронів чи мозку, вони можуть співпрацювати один з одним.

«Ці одноклітинні організми здатні робити те, що, як ми вважаємо, доступно лише складнішим організмам», — сказав Шашанк Шекхар, біофізик з Університету Еморі в Атланті і головний автор нової статті. «Вони формують структуру вищого порядку, як це робимо ми, люди».

Науковці вважають, що здатність одноклітинних створінь формувати групи була ключовим кроком, який призвів до подальшої еволюції багатоклітинного життя на Землі. І нові відкриття висвітлюють роль, яку відіграють фізичні умови та взаємодія хижаків і здобичі в цій клітинній співпраці.

У природі стентори знаходяться біля поверхні ставків. Ширший кінець їхнього тіла облямований схожими на мотузку війками. Ці війки можуть коливатися хвилеподібно, генеруючи водні течії, які втягують здобич.

Доктор Шекхар вперше працював зі стенторами в Морській біологічній лабораторії в Вудс-Хоулі, штат Массачусетс. Щоб візуалізувати ці течії в лабораторії, він помістив краплі молока поруч зі стенторами в чашці Петрі, а потім спостерігав, як рідина рухається під мікроскопом. «Ви бачите, як вони створюють навколо своїх ротів завихрення, які просто прекрасні», — сказав він. Він порівняв ці рухи з космічним виром на картині Ван Гога «Зоряна ніч».

Коли їжі мало, стентори зазвичай живуть поодинці. Але коли їжі багато, вони часто збираються у звивисті скупчення. Майже не проводилося досліджень, щоб з'ясувати, чому протисти утворюють ці колонії.

Доктор Шекхар та його колеги спочатку вивчили взаємодію між парами стенторів. За допомогою відеозйомки під мікроскопом вони виміряли гідродинаміку, коли два стентори всмоктували частинки їжі в чашці Петрі.

Відео виявило дивну закономірність: стентори спочатку наближалися один до одного, а потім віддалялися, ніби їх відштовхував магніт. «Вони постійно коливаються між „я тебе люблю, я тебе не люблю“», — зауважив доктор Шекхар.

Подальший аналіз показав, що пари стенторів часто перебували в нерівному союзі, коли один із протистів генерував сильніший потік, ніж його сусід. Коли вони об'єднувалися, результуючий потік був сумарною силою обох істот. Це означало, що слабший стентор отримував користь від сильнішого.

Така динаміка серед стенторів надихає на те, що доктор Шекхар називає «розпусною поведінкою». Коли вони збираються в колонії, стентори постійно об'єднуються в пари, щоб знайти сильніших партнерів і збільшити свої можливості живлення. Така поведінка підвищує загальну швидкість потоку в колонії, дозволяючи стенторам втягувати більші, швидкорухомі об'єкти здалеку та збільшувати кількість поживних речовин, споживаних членами групи.

Формування груп одноклітинними організмами для покращення виживання розглядається як важливий ранній крок в еволюції багатоклітинності. За словами Вільяма Ратліффа, еволюційного біолога з Технологічного інституту Джорджії, який не брав участі в дослідженні, як тільки групи хижаків, таких як стентори, сформувалися, одноклітинна здобич стала вразливішою. Щоб вижити, здобич часто об'єднувалася сама.

«Покращена ефективність харчування групових хижаків, таких як стентори, сприяє багатоклітинності у їхньої здобичі», — сказав доктор Ратліфф. «Якщо ти одна клітина, то ти — вечеря. Але якщо ти можеш утворювати великі групи клітин, то ти вже занадто великий, щоб бути з'їденим».

Нові відкриття підкреслюють, як фізичні сили впливають на біологічну еволюцію.

«Ми завжди думаємо про гени та хімічні речовини, але у розвитку багатоклітинного життя також є сильна основа фізики», — сказав доктор Шекхар. «Навіть щось таке, як потік води, могло вплинути на еволюцію».

Це дослідження відкриває нові перспективи розуміння того, як фізичні процеси могли сприяти одному з найважливіших переходів у історії життя — розвитку багатоклітинних організмів. Спостереження за поведінкою стенторів нагадує нам, що навіть найпростіші форми життя здатні на вражаючу складність та адаптацію, створюючи основу для дивовижного різноманіття життя, яке ми бачимо сьогодні.