Супергерои по обнаружению питательных веществ в океане

Международная группа учёных под руководством доктора Дугласа Брамли из Мельбурнского университета и доктора Франческо Каррары из ETH Zürich исследовала способность морских бактерий находить пищу. Они обнаружили, что обычная морская бактерия Vibrio ordalii обнаруживает источники питательных веществ почти на теоретическом пределе чувствительности.

Как бактерии находят еду

Питательные вещества в океане распределены неравномерно. Когда клетка микроводоросли разрушается, она создаёт локальное облако с высокой концентрацией питательных веществ — градиент концентрации.

Некоторые бактерии, включая V. ordalii, используют хемотаксис: они чувствуют химический градиент и движутся к его источнику с помощью жгутиков. Этот процесс похож на детскую игру "Холодно-Горячо": бактерия продолжает движение, если концентрация целевого вещества растёт, и меняет направление, если падает.

Эксперимент с "клеткой-ловушкой"

Исследователи использовали модельную систему:

• Бактерия: Vibrio ordalii (обитатель океана).
• Приманка: аминокислота глутамат, связанная в "клетчатую" (неактивную) форму.
• Метод: точечный импульс света высвобождал глутамат в камере, имитируя внезапное появление питательного пятна. Движение миллионов отдельных бактериальных клеток отслеживали с помощью микроскопа и обработки видео.

Результаты и значение

Математическое моделирование показало, что V. ordalii работает близко к фундаментальному теоретическому пределу обнаружения, несмотря на "шум" — молекулярную сигнальную неоднородность, поведенческую изменчивость и работу жгутиков.

"Они не только быстры (50–100 длин тела в секунду), но и очень точны в использовании подвижности для поиска часто скудных источников питания в океане", — говорит профессор Роман Штокер (ETH Zürich).

Это открытие важно для понимания роли бактерий в морских экосистемах и круговороте питательных веществ, поскольку они находятся в основании пищевой цепи.

Исследование опубликовано в журнале PNAS.