Цианобактерии предчувствуют смену сезонов
https://elementy.ru/novosti_nauki/434276/Tsianobakterii_predchuvstvuyut_smenu_sezonovФотопериодизм — это способность растений и животных различать длину дня и ночи, чтобы предвидеть сезонные изменения, такие как ежегодные циклы температуры. Этот механизм запускает адаптивные реакции — например, стимуляцию размножения, цветение или зимнюю спячку. Недавняя статья в журнале Science показывает, что такое явление встречается не только у растений и животных, но даже у бактерий.
Авторы установили, что цианобактерии Synechococcus elongatus с жизненным циклом длительностью 5–6 часов могут предсказывать похолодания по длине светового дня, который на протяжении всего эксперимента был длиннее их жизненного цикла. После помещения в лед выживаемость цианобактерий, которые «росли» в условиях коротких «зимних» дней, была 2–3 раза выше, чем у делившихся в условиях «летних» дней. Для этого S. elongatus изменяли состав липидных мембран и заранее активировали специальные стрессовые реакции.
Но обнаружить фотопериодизм у бактерий раньше не удавалось. Между тем, его наличие могло бы свидетельствовать о том, что способность измерять световой день появилась еще у бактерий, на ранних этапах эволюции. Теперь ситуация изменилась: авторы недавней статьи в журнале Science описали фотопериодизм у цианобактерии Synechococcus elongatus. Это одноклеточная водоросль, которую из-за ее короткого жизненного цикла (от полутора до пяти-шести часов) часто используют в промышленности.
Эти эксперименты однозначно показали, что бактерии умеют отличать короткие световые дни от длинных, несмотря на то, что жизненный цикл каждой отдельной бактерии короче, чем любой световой день. Но как это возможно?
Таким образом, по результатам исследования можно выделить три основных пути, которыми бактерии адаптируются к пониженным температурам:
- Синтез ненасыщенных жирных кислот, чтобы увеличить пластичность мембран.
- Активация определенных шаперонов, которые помогают белкам сворачиваться правильно в новых температурных условиях.
- Запасание гликогена перед будущими заморозками, когда эффективность фотосинтеза будет не такой высокой.
Поскольку все эти изменения кодируются на уровне эпигенетики, они наследуются сквозь поколения. В результате каждое поколение понемногу меняет экспрессию генов, и уже на четвертый день экспрессия наиболее подходящих для данного светового режима генов достигает пика. За счет этого бактерии могут адаптироваться к световому дню, который длиннее жизненного цикла каждой отдельной цианобактерии.
P.S. Если удалось сохранить знания (о неких периодически повторяющихся изменениях условий обитания) вне генома (например, в эпигеноме), то их тоже можно использовать для выживания (разумеется, при наличии соответствующих механизмов реализации).
В другой теме я о подобном (только там я говорил о знаниях в культуре, которые передаются тоже вне генома) говорил:
Кстати, в биологических системах на многих уровнях встроены механизмы, генерирующие случайные сигналы. По сути, такие механизмы это способ адаптации биологических систем к непредсказуемости изменений в среде обитания.
А вот механизм сознания (буквально на всех уровнях), это адаптация не к новому, а к старому (к уже известному). И такая адаптация (и в плане накопления знаний, и в плане формирования самих таких механизмов) для выживания весьма полезна. Ведь во многих случаях среда обитания изменяется циклически, и часть средовых условий, параметров среды, повторяется. Соответственно, знания о прежних условиях обитания могут пригодиться в будущем.
Механизм сознания как раз и способен использовать такие знания, но для этого, само собой, уже необходимо иметь функционал памяти (правда, следует учитывать, что всё подробно в гены не «запихаешь»). И все эти способности к прогнозу, реакции опережающего отражения и пр. в своей основе опираются на механизмы сознания, которые используют уже известные знания о прошлом. (замечание в скобках: отсюда в большей степени и «растут ноги» путаницы понятия сознания со способностью к прогнозированию (а иногда и вообще понятие разум сводят к такой способности к прогнозированию))
Если же среда изменилась, а знаний о предыдущих подобных изменениях нет (либо цикл изменений очень длинный, либо вообще пошло хаотично), то выручить может только максимальное разнообразие при максимальном же количестве потомков (кто-нибудь да выживет в новых условиях). При наличии культуры, знания о прошлых условиях могут сохраниться в культуре, но такая опция доступна не всем видам и/или сообществам видов. Можно сказать, что наличие культуры весьма полезная адаптация для вида.
Повторю: всё многообразие условий и во всех подробностях в гены не «запихаешь», а культура многое может сохранить, не «напрягая» геном организмов.
Сообщения
Понимание и взаимопониман...
от ArefievPV