Клітини деяких ціанобактерій працюють як справжнісіньке око - щоб зрозуміти, де знаходиться джерело світла, вони фокусують всередині себе його промені.
Ціанобактерії, або синьо-зелені водорості, чудові тим, що були одними з перших організмів, що навчилися фотосинтезу. Серед бактерій вони так і залишилися єдиними, хто здатний здійснювати оксигенний фотосинтез - тобто не просто використовувати енергію світла для хімічного синтезу, а й виділяти як побічний продукт кисень. (Вважається, що кисневу атмосферу подарували нам саме ціанобактерії.) Зрозуміло, що вони повинні якось відчувати сонячне світло, повинні вміти відрізняти, де світло, а де темно. Дійсно, у синьо-зелених водоростей є фоторецептори і вони здатні до фототаксису, тобто вони активно прагнуть туди, де світла більше. Але як саме синьо-зелені водорості його відчувають, довгий час залишалося неясним.
Виявилося, що органом зору для ціанобактерій (принаймні, для деяких з них) служить вся клітина - виявили це дослідники з Фрайбурзького університету та Лондонського університету королеви Марії, які вивчали світлочутливість у бактерій роду Synechocystis. У першому досвіді клітини Synechocystis освітлювали розсіяним світлом, так, щоб світлові промені проходили через зразок з синьо-зеленими водоростями у всіх напрямках. У другому досвіді їх просто висвітлювали з одного краю, а втретє їм вмикали відразу дві лампи. У всіх трьох випадках бактерії вели себе по-різному: у розсіяному світлі вони рухалися безладно, при освітленні від одного джерела переміщалися ближче до нього, а з двома лампами намагалися зайняти місце між ними. У мікроскоп було видно, як Synechocystis викидали з себе особливі вирости-пілі і підтягувалися на них у бік більшої освітленості.
Але найголовніше - в бактеріальних клітинах можна було помітити яскраві точки, які виникали на протилежному від джерела світла боці. Виглядало це так, ніби ціанобактерії фокусували світлові промені, подібно лупі. Втім, «ніби» тут можна опустити - в статті в eLife говориться, що клітини синьо-зелених водоростей дійсно працювали як оптичні лінзи: світло, падаючи на викривлену поверхню клітини, збиралося у фокусі, розташованому, як ми щойно сказали, на її протилежному боці. Мембранні фоторецептори відчували сконцентроване світло і посилали сигнал молекулярному апарату, що відповідає за рух клітини. У клітинній мембрані починалася збірка пилів і білкових моторів, проте формувалися вони навпроти оптичного фокусу - щоб клітина рухалася не куди попало, а саме до джерела світла.
Свої висновки автори роботи підтвердили різними експериментами: наприклад, ціанобактерій вдалося успішно обдурити, направивши на них лазерний промінь. Лазер, падаючи на мембрану, імітував сфокусоване світло, і клітини починали рухатися до джерела лазера, навіть якщо він знаходився в малоосвітленій стороні. В цілому, клітини Synechocystis працюють так само, як і око будь-якої тварини. (Можна сказати, що у синьо-зелених водоростей «очі в усе тіло», хоча це не зовсім точно - їх одноклітинне тіло і є око.)
Звичайно, тварини бачать певно краще, ніж бактерії, однак не може не дивувати сам факт, що одноклітинні організми, що з'явилися на Землі мільярди років тому, додумалися (за допомогою еволюції, звичайно ж) ось так маніпулювати світлом. І тут вже не такою дивовижною здається новина про органи зору одноклітинних динофлагелят, про які ми писали минулого літа.