Химическое чувство у бактерий подобно восприятию запаха и вкуса. Они, например, умеют распознавать различные вещества и активно реагировать на них направленными движениями (хемотаксис). Известны привлекающие, обычно полезные для бактерий, вещества (аттрактанты), в числе которых – аминокислоты, и отпугивающие вещества (репелленты) – всякого рода вредные химикаты.

Известно, что сигнальные молекулы этих аттрактантов и репеллентов бактерия ощущает посредством находящихся на ее поверхности специфических рецепторов (хеморецепторов). Причем каждый вид рецепторов взаимодействует только с определенным сигнальным веществом, благодаря чему они управляют поведением бактерии. Она уплывает от вредных веществ и стремится к полезным. Удивительным является, во-первых то, что бактериальный организм обеспечен не только собственным рецептором на каждое из них, но и «знает» всю гамму важных для его жизни конкретных химических молекул. А во-вторых, что бактерия ощущает «запах» или «вкус» просто приятных или неприятных веществ сложнейшего состава. Например, бактерия активно движется в направлении «вкусной» для нее еды – куриного бульона. Откуда у бактерии знания, что компоненты куриного отвара полезны или приятны, и сигнал на них от рецепторов вызывает положительный отклик ее организма?

В некоторых случаях бактерии чувствуют вещества гораздо лучше, чем мы. Они ощущают буквально считанные ионы или молекулы, присутствующие в больших объемах водной среды. Или, например, бактерия может ощутить разницу между одной и двумя частицами среди десяти тысяч таких же частиц. Представьте для сравнения, что перед вами две стеклянные банки, заполненные монетками, и вам нужно «почувствовать», в какой из них ровно десять тысяч монет, а в какой – 9999!

Загадочную способность бактерии откликаться на одну-единственную молекулу ученые пытаются объяснить различными теориями, в том числе «эффектом домино». Рецепторы на поверхности клетки соединены в гигантский кластер (группу). И стоит только одной из молекул вещества вступить во взаимодействие с одним из рецепторов, как срабатывает «эффект домино». Весь кластер перестраивается, меняя состояние поверхности клетки, ее функции и поведения.

Восприятие различных видов энергий. Молекулярно организованные, но не видимые пока нами «органы чувств» бактерии предназначены для регуляции процессов ее жизнедеятельности. Они информируют бактерию о различных внешних событиях, причем не только благодаря показанному выше химическому взаимодействию с сигнальными веществами. Бактерия дифференцированно воспринимает в виде раздражения и многие виды энергий: световые волны, энергии молекул пахучих веществ, звуковые колебания, гравитацию, вибрации, угловые ускорения и т. п.

Например, у многих видов бактерий, проживающих в соленых водах и осадках, имеются крохотные цепочки кристаллических частиц магнетосом. Они содержат железо в виде магнетита и помогают бактерии ощущать магнитные поля, направляя их движение с помощью геомагнитного поля Земли. Так, бактерии из морских отложений благодаря своему компасу легко ориентируются и быстро мигрируют в нужном направлении. Бактерия, создающая себе компас, – факт удивительный. Интересно, что в отличие от большинства бактерий с магнетосомами, три их вида, предпочитающих, насыщенные серой, воды, строят свои компасы не из окиси железа. Они образуют кристаллическое вещество – греигит, соединяя железо с серой. Интересно, что представители каждого вида создают собственный кристалл греигита по уникальной, пока не разгаданной людьми технологии. Ее, как и все феноменально сложное и целесообразное, что вложено в эти одноклеточные существа, бактерии в неизменном виде передают через века: от предков – к потомкам.

Открыв уникальную чувствительность бактерий, люди стараются использовать ее себе на пользу. Например, бактерии могут предупреждать нас о всплесках солнечной активности за неделю до их появления. Бактерии, способные менять свою окраску, служат главной «деталью» сверхчувствительного прибора. На что они реагируют – на изменение электромагнитных полей или сигнальные частицы, летящие от Солнца, – пока не выяснено. А некоторые бактерии могут даже служить сенсором для определения качества приготовленной пищи, т. к. могут в ней менять акустический спектр в диапазоне 100 кгц – 15 мгц.

«Мозговой центр» бактерии

Как показано ранее, чувствительность бактерии – это результат воздействия на ее «органы чувств» различных сигналов. Они отражают как внутренние процессы в организме, так и влияние на него внешней среды. И циркуляция этих информационных сигналов внутри бактериального организма представляет собой весьма сложную систему со многими связями. Чтобы правильно реагировать на сигналы из окружающей среды, клетка бактерии должна решить несколько задач:

• воспринять сигналы, несущие огромное количество информации;

• доставить их по назначению;

• обработать полученную информацию;

• адекватно отреагировать на получение сигналов;

• выключить системы реагирования после исчезновения сигналов и т. д.

Постоянная переработка всей информации чрезвычайно важна для жизнедеятельности такого, казалось бы, «просто устроенного» организма. Для решения множества задач у бактерии, видимо, существует неведомый науке непостижимый по сложности «мозговой» центр и аналог нервной системы, как у многоклеточных животных. Рассмотрим это подробнее.

Устройства для целенаправленных движений. Итак, бактерии, при отсутствии у них нервной системы и видимых органов чувств обладают свойством воспринимать раздражения из внешней среды и от собственных органов. Поскольку у бактерии «в одном лице» представлены и клетка и организм в целом, то, восприняв раздражение, они, каждый по-своему, автоматически реагируют на него. Клетка переходит в состояние возбуждения – к активной физиологической деятельности, выражающейся, например, в возникновении биоэлектрического потенциала, способного к распространению, а организм – к активному движению.

Одни бактерии способны к скользящему передвижению за счет специально существующей слизистой капсулы на поверхности клетки. Другие же имеют особые органы движения – жгутики (от 1 до 50). Они берут свое начало под цитоплазматической мембраной, закрепляясь там с помощью пары дисков. Вращая эти жгутики бактерия сможет достаточно активно передвигаться, причем направление их вращения периодически меняется. При вращении жгутиков в одну сторону, бактерия кувыркается на месте, а при обратном вращении плывет по прямой линии. В однородной среде бактерия передвигается в случайном направлении, которое меняется после каждого периода кувыркания. Если же она встречается с повышенной концентрацией какого-то привлекательного для нее вещества, то кувыркания происходят реже, а периоды прямого движения удлиняются, что приводит к целенаправленному перемещению в сторону большей концентрации этого вещества. И наоборот, если окажется, что она плывет по направлению к какому-то «отпугивающему» ее веществу, то кувыркания учащаются, что способствует перемене направления.