iPon Cikkek

Egy baktérium a világ legkisebb természetes kamerája

Dátum | 2016. 02. 21.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

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.
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 Warnowiaceae fajai 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.”
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

12. Renhoek
2016.02.21. 16:33
Nagyon állat Sokat lehet gondolkozni ezen... Például egy idegen planétán hogyan alakulna ki a látás és egyéb érzékszervek a baktériumoknál.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
11. peti198706...
2016.02.22. 00:20
Tessék elmondani, h ezek az igazi "egyszemű " idegen lények" egy üstökösről csapódva származnak. -máris itthon érezhetjük magunkat s nem kell másfele sandítani, miközben itt van az orrunk előtt ami zajlik
-van elég felfedezni való így is
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
10. ChoSimba
2016.02.22. 08:53
Ilyen alapon lehet hogy mi is "idegenek" vagyunk, mert anno az ősleves óceánba is meteorok hozták a legelső egysejtűeket, amikből végül minden élőlény kifejlődött.
Ilyen formán nem nagyon lehet megállapítani, hogy mi számít (ős)honos élőlénynek.
Én azt tartom valószínűnek (így az asztal mögül okoskodva), hogy a földihez hasonló körülmények között ezek az egyszerű egysejtűek szinte azonosak egymással. És ahogy növeljük a bonyolultságot (többsejtűek), úgy lesznek egyre inkább lokálisan diverzifikáltak.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
9. tomchee peti1...
2016.02.23. 03:03
A mondatod kezdetéből, azt hittem, már oda fogunk kilyukadni,h isten teremtette.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
8. hunstree Renho...
2016.02.23. 14:35
Miért alakulna másképpen? Az univerzum, bolygók ugyanazokból az építő elemekből épül fel. Egy idegen bolygon lehetnek más körülmények pl gravitáció nagysága, és a levegő összetétele (vagy annak arányai), de alapvetően a generikus fejlődés egy nagyon stabil fejlődési folyamat. Nem valószínű, hogy nagyon (a földitől) eltérő eredményekre vezetne.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
7. hunstree Renho...
2016.02.23. 14:42
Úgy értem hogy ha nagyobb az oxigén aránya a légkörben akkor például a rovarszerű lények nagyobbra tudnak nőni. De a testrészek elrendezkedése és száma már a földön is optimális és más bolygón sem lesz más. A fehérjék és ugyanannyi energiából szintetizálódnak, szóval azokban sem várható nagy változás. Persze lehet pillangó effektus, ahol a sok kicsi eltérés nagy különbségekhez vezet, de nem tudom elképzelni, hogy kicsi zöld emberek szaladgálnak a vadászó griffek elől. Illetve elképzelni tudom, de szerintem nem reális, még másik bolygón sem.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
6. ChoSimba hunst...
2016.02.23. 15:06
De nem csak pillangó effektus létezik, hanem konvergens evolúció is. Hasonló körülmények hasonló megoldásokat szülnek.
Lehet egyszer azon fogunk meglepődni, hogy az idegen élet annyira nem is idegen
Bárcsak ott tartanánk...
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
5. Renhoek hunst...
2016.02.23. 20:37
Nem nagyon értem miről beszélsz Már a Föld nevű bolygón is óriási a biológiai diverzitás.

Ezer féle fehérje köthető a fény érzékeléséhez, millióféle szem alakult ki, rengeteg kombinációban. Elég csak megnézni, hogy a vízhez alkalmazkodott a látásunk a benne lévő kocsonyával, és azóta sem tűnt el, pedig felesleges... nem fejlődött ki új szem. Ez azt is jelenti, hogy egy másik környezetben teljesen másfajta szem is létezhet.

Meg mit nevezel ideális elrendezésnek? Ugye nem az emberit?
Teljesen környezetfüggő az egész, már a földünkön is. Ugyanúgy egy 8 lábú seggszemű zöld lény is lehetett volna intelligens, hogyha olyan szerencsés, hogy el tud terjedni amellett, hogy aktiválódnak a fejlettebb kognitív funkciókért szükséges gének.

És ez még a csak a Föld!
Egy más gravitációs környezetben, más spektrumú csillagnál, más kémiai felépítésben teljesen elborult intelligenciák is születhetnek. Nincs ideális elrendezés, csak környezeti alkalmazkodás.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
4. Renhoek
2016.02.23. 20:40
A másik meg, hogy rengetegféle érzékszerv fejlődött ki már a földön is. Tekintve az ultrahangot, termikus szenzorokat stb... Egy más színképű csillag esetében, vagy egy teljesen sötét helyen teljesen más érzékszervek a dominánsak.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2016.02.24. 18:20
"Ezer féle fehérje köthető a fény érzékeléséhez, millióféle szem alakult ki, rengeteg kombinációban."

?? ez a konverzitás, nem a diverzitás. A mérhető és lényeges tulajdonságaiban megegyeznek, egyedül az azt létrehozó dolgokban térnek el -- ha tök mindegy, hogy mi érzékeli a fényt, akkor nyilván más fogja érzékelni egy egyenlítői, meg egy sarki pingvinnél, attól függően, hogy melyik az optimális.
Ahogy, más ős lévén lesz a sivatagi ragadozó Ausztráliában és Afrikában, mégis az erszényen (meg a családfán) kívül teljesen ugyanolyan.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. Renhoek ny
2016.02.24. 21:16
A diverzitást a fajokra értettem, mint sokszínű élővilág.

Ebből következően csak annyit mondtam, hogy teljesen kizárt, hogy emberhez teljes mértékben hasonló (Star Trek) idegenek létezzenek. Persze nem zárható ki, de annyiféle variáció van, és annyiféle környezet, hogy könnyen kialakulhat egy másik teljesen máshogy kinéző intelligencia is, 16 szemmel. Vagy egy óriási szem 10 lábbal.... stb... Optimálist az elrendezésre értette, márpedig az emberé nagyon nem optimális, csak így alakult. Az, hogy itt tartunk, azt a kognitív géneknek köszönhetjük. Enélkül lehet simán kihaltunk volna a francba, ahogy majdnem meg is történt sokszor: pár ezres kolóniák maradhattak csak. Szerintem nagyképűség azt gondolni, hogy a 2 láb, 2 kéz, 2 szem, 2 fül az univerzum legoptimálisabb szerkezete.

Egyébként a civilizáció ezen a ponton már hajszálnyira van a génszerkesztéstől, hiszen annyira egyszerű. Úgyhogy feltételezem, hogy egy ilyen civilizáció tovább optimalizálja a testét. Sokkal jobb látás, erő, öregedés lassítása.
Ilyen módon előre láthatatlan egy civilizáció sorsa... Valószínűleg fajokra fogunk bomlani pár évszázadon belül. Mivel elméleti alapjai akár meglennének egy kopoltyús, úszós embernek, aki a víz alatt él. Vagy 2-3x akkora agytömegű óriás fejű szuperintelligens életforma, esetleg az űrutazáshoz épült betonstabil genetika ellenálva a kozmikus sugárzásnak... stb...
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. ChoSimba Renho...
2016.02.24. 23:29
Azért az eléggé szembetűnő, hogy a magas rendű élőlényeknek mind 4 végtagja, 2 szeme, 2 füle, 1 szíve, 1 mája, 2 veséje, stb. van.
Most ezt akár arra is lehet fogni, hogy egy őstől származunk, de szerintem egész egyszerűen itt ennyi lehet az optimális. A 3 már nem hozna érezhető előnyt. Az élet legtöbbször spórol, nem nagyon gyárt felesleges dolgokat. És eléggé szereti a szimmetriát is.
Mondjuk az érdekes, hogy miért pont 5 ujjunk van, mikor a 4 is szinte ugyanazt nyújtja. Legalábbis kisujj nélkül szerintem el lehet lenni
Nyilván bizonyos tulajdonságaink az evolúció korábbi szakaszából maradtak meg és nem volt nyomás a megszűnésükre.
Érdekes dolgok ezek, lehetne mélázni rajta naphosszat.
De végül is ha csak azt nézem, hogy az emberiségen belül milyen különbségek vannak a kinézetben, akkor én sem látom nagy esélyét, hogy másik bolygón nagyon emberszerű izék lennének. Még a strukturális kialakítás hagyján, de a "forma" és a "szín" szinte biztos hogy különbözik.
Arra lennék kíváncsi (és ezt valószínűleg sosem tudom meg), hogy más bolygón is hasonlóan ment-e végbe az evolúció ?
Gondolok itt arra, hogy halak, kétéltűek, hüllők, emlősök sorozat megvolt-e ott is ? Mennyire törvényszerű ez a fajta fejlődés ? Mert hát ugye mindegyik nyújtott valami pluszt az előzőhöz képest, ezért lehet hogy általánosan törvényszerű a világegyetemben.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!