Döbbenetes felfedezés: a nyálka lát

Cianobaktérium telepek, úgynevezett sztromatolitok az ausztráliai Shark Bay árapály-zónájában

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.

Cianobaktérium telepek, úgynevezett sztromatolitok az ausztráliai Shark Bay árapály-zónájában Forrás: Wikimedia Commons

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.

Cianobaktériumok mikroszkópos képe Forrás: Wikimedia Commons

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.

Közel félmilliárd éves fosszilis cianobaktérium telepek (sztromatolitok) a földtörténeti ókorból. Első ismert maradványaik 2,7 milliárd évesek Forrás: Wikimedia Commons

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 látás mechanizmust összehasonlító infografika Forrás: eLife/Pesthy Gábor

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 baktéiumokat az elmúlt 340 évben” – tette hozzá a kutató.

"Medúza-labdák", azaz édesvízi cianobaktériumok által alkotott telepek Forrás: Wikimedia Commons

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.

A cianobaktériumoknak a fotoszintézis miatt szükséges a fény érzékelése Forrás: Wikimedia Commons

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.