Деякі одноклітинні повідомляють один одному про небезпеку, створюючи тривожні потоки води навколо себе.
Одноклітинним організмам, які живуть у спільнотах, потрібно якось спілкуватися один з одним. Але як вони можуть це робити? Нервової системи, загальної на всіх, у них немає. Звичайно, вони можуть виділяти в навколишнє середовище якісь сигнальні речовини, які по воді допливуть до сусідів. А можна використовувати як передавач сигналу саму воду.
Дослідники зі Стенфорда вивчали найпростіше під назвою Spirostomum ambiguum, чиї витягнуті і досить великі (до 1,3 мм) клітини схожі на мікроскопічних хробаків. Всі види роду Spirostomum відомі своїми скоротливими здібностями: S. ambiguum скорочується на 40% від своєї довжини, причому надзвичайно швидко, всього на 5 мілісекунд; а ось розтискається вона вже набагато повільніше - за 1 секунду.
Записавши скорочення тисяч S. ambiguum на відеокамеру, яка робила 10 000 кадрів на секунду, і розрахувавши фізичні параметри найпростіших, автори роботи показали, що навколо скорочуються S. ambiguum виникають вихорожні потоки рідини, що поширюються досить далеко від клітини. Але чому S. ambiguum взагалі так поводяться? Дослідники припустили, що найпростіші стискаються, відчувши якісь турбуючі сигнали, і що ці сигнали можуть бути тими ж струмами води, які поширюються або від хижака, або від сусідніх S. ambiguum.
Гіпотезу перевірили в спеціальному апараті, куди садили одну-єдину S. ambiguum, навколо якої з різною швидкістю рухалася вода. Через потоки рідини клітинна мембрана відчувала напругу, і якщо напруга досягала певної величини, в мембрані відкривалися механочутливі іонні канали, і переміщення іонів ставало вже сигналом до скорочення. Тобто механочутливі іонні канали служили «органами», які відчували рух води. (Втім, щоб абсолютно точно в цьому переконатися, потрібно якось відключити у S. ambiguum іонні канали і подивитися, що вийде.)
Але найцікавіше виявилося в тому, що найпростіші за допомогою потоків води передавали сигнали один одному. Коли S. ambiguum вирощували в лабораторії, то з певного моменту, коли щільність групи клітин ставала досить велика, вони починали демонструвати узгоджену колективну поведінку - тобто варто було стиснутися якійсь одній клітині, слідом за нею починали стискатися й інші. Причому хвиля скорочень поширювалася досить швидко, зі швидкістю 0,25 м/с.
Але навіщо S. ambiguum скорочуватися хором? Одне з пояснень - щоб усім разом випустити в навколишнє середовище токсин і відлякати хижака. Якщо наближення небезпеки відчує по руху води одна з клітин, вона миттєво спалиться, і потоки води від її стиснення відчують все навколо, і всі разом вивільнять досить відлякуючої речовини. Теоретична модель такий розвиток подій описує цілком задовільно, але все одно тут потрібні ще прямі експериментальні спостереження, в яких зіставлялися б поведінка найпростіших і рівень токсину.
Результати досліджень опубліковані в Nature.