Клетки некоторых цианобактерий работают как самый настоящий глаз – чтобы понять, где находится источник света, они фокусируют внутри себя его лучи.

Цианобактерии, или сине-зелёные водоросли, замечательны тем, что были одними из первых организмов, научившихся фотосинтезу. Среди бактерий они так и остались единственными, кто способен осуществлять оксигенный фотосинтез – то есть не просто использовать энергию света для химического синтеза, но и выделять в качестве побочного продукта кислород. (Считается, что кислородную атмосферу подарили нам именно цианобактерии.) Понятно, что они должны как-то чувствовать солнечный свет, должны уметь отличать, где светло, а где темно. Действительно, у сине-зелёных водорослей есть фоторецепторы и они способны к фототаксису, то есть они активно стремятся туда, где света больше. Но как именно сине-зелёные водоросли его чувствуют, долгое время оставалось неясным.

Цианобактерии из рода Synechocystis. (Фото Vito flickr / Flickr.com.)

Изображения, которые можно получить с помощью фотоаппарата, глаза и оптической системы цианобактерий. (Иллюстрация Nils Schuergers et al., eLife, 2016)

Схема «видения» сине-зелёными водорослями Synechocystis: свет, фокусируясь на мемьране, активирует фоторецепторы, которые дают сигнал мембранным белковым комплексам начать движение к источнику света. Органы движения, пили и белковые моторы, собираются на

Оказалось, что органом зрения для цианобактерий (по крайней мере, для некоторых из них) служит вся клетка – обнаружили это исследователи из Фрайбургского университета и Лондонского университета королевы Марии, изучавшие светочувствительность у бактерий рода Synechocystis. В первом опыте клетки Synechocystis освещали рассеянным светом, так, чтобы световые лучи проходили через образец с сине-зелёными водорослями во всех направлениях. Во втором опыте их просто освещали с одного краю, а на третий раз им включали сразу две лампы. Во всех трёх случаях бактерии вели себя по-разному: в рассеянном свете они двигались беспорядочно, при освещении от одного источника перемещались поближе к нему, а с двумя лампами старались занять место между ними. В микроскоп было видно, как Synechocystis выбрасывали из себя особые выросты-пили и подтягивались на них в сторону большей освещённости.

Но самое главное – в бактериальных клетках можно было заметить яркие точки, которые возникали на противоположной от источника света стороне. Выглядело это так, как будто цианобактерии фокусировали световые лучи, подобно лупе. Впрочем, «как будто» тут можно опустить – в статье в eLife говорится, что клетки сине-зелёных водорослей действительно работали как оптические линзы: свет, падая на искривлённую поверхность клетки, собирался в фокусе, располагавшемся, как мы только что сказали, на её противоположной стороне. Мембранные фоторецепторы чувствовали сконцентрированный свет и посылали сигнал молекулярному аппарату, отвечающему за движение клетки. В клеточной мембране начиналась сборка пилей и белковых моторов, однако формировались они напротив оптического фокуса – чтобы клетка двигалась не куда попало, а именно к источнику света.

Свои выводы авторы работы подтвердили различными экспериментами: например, цианобактерий удалось успешно обмануть, направив на них лазерный луч. Лазер, падая на мембрану, имитировал сфокусированный свет, и клетки начинали двигаться к источнику лазера, даже если он находился в малоосвещённой стороне. В целом, клетки Synechocystis работают так же, как и глаз любого животного. (Можно сказать, что у сине-зелёных водорослей «глаза во всё тело», хотя это не совсем точно – их одноклеточное тело и есть глаз.)

Конечно, животные видят определённо лучше, чем бактерии, однако не может не удивлять сам факт, что одноклеточные организмы, появившиеся на Земле миллиарды лет назад, додумались (с помощью эволюции, конечно же) вот так манипулировать светом. И тут уже не такой удивительной кажется новость про органы зрения одноклеточных динофлагеллят, о которых мы писали прошлым летом.