Учёные объяснили уникальное формирование древних водорослей, создавших фотосинтез и кислород на планете
Впервые раскрыт механизм, по которому цианобактерии (сине-зелёные водоросли) сплетаются в крупные сетчатые структуры. Исследование провели учёные из Ноттингем Трент университета и Университета Лафборо.
Ключевая роль цианобактерий
- Это одна из древнейших и самых распространённых форм жизни на Земле.
- Именно древние цианобактерии первыми развили фотосинтез и начали насыщать среду Земли кислородом, заложив основу для сложных форм жизни.
- Современные виды продолжают играть ключевую роль в поддержании состава атмосферы и океанов.
Разгадка сетчатого узора
Многие виды цианобактерий растут в виде длинных цепочек клеток, которые ползают по поверхностям и за несколько часов или дней сплетаются в плотные сети. Происхождение этих узоров оставалось загадкой.
Используя передовую микроскопию, симуляции и теоретические модели, исследователи выявили механизм:
- При достаточно высокой плотности бактерии начинают самоорганизовываться по простым правилам.
- Двигаясь, нитевидные филаменты сталкиваются. Обычно они проходят друг над другом или под другом, но иногда один филамент отклоняется и начинает двигаться параллельно другому.
- Двигаясь вместе какое-то время, филаменты формируют выровненные пучки.
- Эти взаимодействия приводят к организации плотных колоний в разветвлённые сети.
Учёные создали модель, которая успешно предсказывает типичную плотность и масштаб возникающих узоров, включая движение и колебания формы филаментов.
Значение открытия
- Результаты открывают путь к изучению того, как другие типы бактерий самоорганизуются в структуры.
- Это улучшит понимание формирования бактериальных биоплёнок, критически важных в процессах человеческих инфекций, деградации окружающей среды и биоинженерии.
Цитаты исследователей:
- Д-р Марко Мацца: «Мы показали, что возникающие узоры колоний цианобактерий можно понять как коллективный результат независимо движущихся клеток с простыми взаимодействиями».
- Проф. Лукас Гёринг: «Этот чрезвычайно важный, но скромный микроорганизм задействован в процессах глобального значения... Однако до сих пор не был выявлен механизм, объясняющий их коллективное поведение».
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, соавторы — аспиранты Миксон Фалуэки и Ян Камманн.