Природная связь
Растения предупреждают друг друга об опасности, а бактерии принимают совместные решения. Песни управляют эволюцией птиц, а пчелы понимают указания робота. Как общаются существа, у которых нет мозга и вообще нервной системы и какие способы коммуникации используют более высокоразвитые животные?
Даже одноклеточные организмы могут общаться. Так, бактерии умеют делиться друг с другом полезными генами. Для этого у них есть плазмиды – своего рода генетические бандероли. Это маленькие кольцевые молекулы ДНК, путешествующие от одной клетки к другой. Но обычно бактерии не склонны поглощать первую попавшуюся ДНК: мало ли что это может быть, вдруг смертоносный вирус-бактериофаг? Поэтому прежде чем рассылать плазмиды, клетка-отправитель выделяет в среду особые сигнальные вещества. Достигая мембран других бактериальных клеток, эти послания делают их готовыми к приему чужой ДНК. Благодаря обмену генами бактерии так быстро приобретают устойчивость к антибиотикам, что это становится серьезной проблемой для медицины.
Это далеко не единственный случай, когда бактериям требуется коммуницировать с себе подобными. Некоторые умеют производить антибиотики, безвредные для них самих, но подавляющие рост микробов-конкурентов. Однако одной или нескольким клеткам нет смысла тратить на это энергию: концентрация антибиотика будет слишком мала. Приступать к истреблению конкурентов можно, только имея вокруг «единомышленников». Бактерии умеют производить куда менее дорогостоящее, чем антибиотик, сигнальное вещество. Когда его концентрация превышает определенный порог, бактерии «понимают», что их тут много, и дружно начинают вырабатывать антибиотик.
Химическая сигнализация, сообщающая «нас хватает для общего дела», называется чувством кворума. Им обладают разные бактерии. Например, у некоторых светящихся головоногих свет испускают симбиотические бактерии, живущие в специальных органах на коже животного – фотофорах. Но свечение одной или нескольких клеток слишком слабо, чтобы кто-либо мог его увидеть. Поэтому бактерии сначала наращивают свою численность, а потом «включают иллюминацию».
Жертва ради будущего
Бактерии из группы миксококков умеют сообщать друг другу, что хорошие времена закончились и наступают плохие. Пока пищи достаточно, каждый миксококк ведет себя как обычная одноклеточная бактерия. Но при нехватке пищи какая-нибудь клетка первой начинает выделять особые сигнальные вещества. Бактерии, получившие послание, начинают двигаться в сторону отправителя, одновременно выделяя то же вещество. В итоге множество клеток собирается в одном месте, образуя холмик. Его верхняя часть постепенно формирует почти правильный шар. Часть клеток внутри шара превращается в споры, устойчивые к нагреву, высыханию и прочим превратностям судьбы. Прочие клетки отмирают, а споры разносятся ветром и, попав в благоприятную среду, дают начало новым миксококкам.
Похожий механизм есть и у миксомицетов. Это тоже одноклеточные, но не бактерии, а эукариоты – организмы со сложными клетками, имеющими ядро. Человек тоже относится к эукариотам, и он более близкий родственник миксомицетам, чем бактерии.
То есть эволюция изобретала этот механизм сотрудничества несколько раз в разных ветвях древа жизни.
Тревожная кнопка
Химические сигналы – самый древний и универсальный канал связи. Видимо, эволюция нащупала его задолго до появления многоклеточных организмов. В конце концов, многоклеточные не могли возникнуть в одночасье. Они наверняка произошли от колоний тесно сотрудничающих одноклеточных, а чтобы сотрудничать, нужно общаться. Поэтому и по сей день клетки нашего сложного тела обмениваются многочисленными сигнальными молекулами.
Но и между собой многоклеточные существа зачастую общаются с помощью «химии». Когда собака метит дерево, это сигнал для сородичей. Он может означать, что пес претендует на эту территорию или ищет полового партнера.
Иногда даже трудно понять, где послание другим частям собственного организма, а где – собратьям по виду или представителям других видов. Так, многие растения при нападении на них вредителей – скажем, гусениц или тли – выделяют в воздух целый букет летучих веществ. Это сигнал активизировать защиту: напитаться ядовитыми или отпугивающими веществами, увеличить жесткость побегов и так далее. Эти сообщения воспринимаются как другими растениями того же вида, так и еще не пострадавшими частями обгрызаемого растения. Мало того, те же вещества могут привлекать насекомых – естественных врагов вредителей. Например, бобы при нападении тли выделяют «парфюм», который не только извещает соседние растения об опасности, но и привлекает наездников Aphidius ervi. Правда, в данном случае скорее можно говорить не о том, что растения посылают сообщения насекомым, а о том, что насекомые научились считывать сигналы растений. Ведь наездники не поедают тлю, а откладывают яйца в их тела. И пока личинки наездника сожрут тлю изнутри, та успеет нанести растению немалый ущерб. Но вот у табака есть специальный набор веществ, выделяющийся