Для оптимального зростання колонії зовнішні і внутрішні клітини бактеріальних біоплінок зуміли розподілити між собою щось на зразок соціальних функцій.
Вміння домовлятися і розподіляти соціальні ролі всередині спільноти вважається здатністю вищих тварин і людини. Тим дивнішим тут виглядають експерименти дослідників з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго - у своїй статті в Nature вони пишуть, що їм вдалося виявити розподіл соціальних ролей у поведінці бактерій Bacillus subtilis. Гюроль Сюель (Gürol S? el) і його колеги вивчали біоплівки B. subtilis - біоплівки складаються з бактеріальних клітин і речовин, що виділяються ними, що утворюють позаклітинний матрикс. Такі колонії досить міцні - вони допомагають мікробам утримуватися на поверхні субстрату і захищають бактеріальне співтовариство від несприятливих зовнішніх впливів.
Однак, досягнувши деякої чисельності, у колонії-біоплівки починає змінюватися швидкість зростання: вона збільшується в розмірі, але досить дивним чином, то прискорюючи своє зростання, то уповільнюючи. Порівняння таких коливань з математичною моделлю показало, що це є результат внутрішнього конфлікту в бактеріальному «поселенні». Дійсно, бактеріям у плівці є через що конфліктувати: ті з них, які живуть, в центрі колонії, більше захищені від шкідливої хімії і яких-небудь антибіотиків - в тому числі, завдяки своїм товаришам, що мешкають на периферії. З іншого боку, периферійні клітини користуються ще незайманими поживними ресурсами середовища, і чим більше стає колонія, тим більша ймовірність, що внутрішні клітини опиняться на голодному пайку.
Але біоплонці вдається вирішити складну ситуацію завдяки наступному прийому: зовнішні клітини не можуть жити без якоїсь речовини, що синтезується внутрішніми клітинами. Періодично «внутрішні жителі» біоплінки гальмують його синтез, щоб «прикордонники» не надто розросталися і не з'їдали все навколо. Але занадто обмежувати в зростанні зовнішніх товаришів внутрішні клітини не можуть, інакше вони відкриються небезпечним зовнішнім впливам.
Очевидно, що і внутрішні, і зовнішні члени колонії потребують один одного, незважаючи на взаємопротиворічні інтереси один одного. Це звичайна ситуація що у бактерій, що у людей, і вихід тут один - навчитися домовлятися. Давно відомо, що у деяких бактерій є так зване почуття кворуму - здатність координувати свою поведінку за допомогою молекулярних сигналів. Наприклад, патогенні бактерії Pseudomonas aeruginosa можуть розмножуватися в межах господаря без шкоди, поки вони не досягають певної концентрації. Коли їх чисельність стає достатньою, щоб подолати імунну систему господаря, P. aeruginosa стають агресивними, викликаючи хворобу. Але для того, щоб прийняти рішення атакувати, потрібно порахувати самих себе, і ось тут включається почуття кворуму, коли за концентрацією якогось сигналу бактерії виносять рішення, пора переходити до активних дій чи ні.
Однак у випадку B. subtilis вже всередині самої біоплівки відбувається щось на зразок поділу праці - можна сказати, що почуття кворуму ускладнюється подобою соціальної ролі. Звичайно, це не те соціальне життя, яке можна бачити у тварин. Просто бактерії знайшли спосіб регулювати власне зростання так, щоб оптимальним чином витрачати поживні речовини і одночасно бути готовими до зовнішньої загрози, і спосіб цей можна назвати, принаймні, частково, цілком соціальним. При цьому бактерії генетично не відрізняються один від одного, тобто чи буде клітина поводитися як зовнішня або внутрішня, залежить від того, де вона виявиться.
Автори роботи показали, що коливальне зростання допомагає колонії в цілому витримати хімічну атаку ззовні, тобто вміння домовлятися з колегою-конкурентом несе еволюційні переваги навіть для бактерій. Також вдалося розшифрувати хімічні сигнали, якими обмінюються центр і периферія колонії. Багато патогенних бактерій формують біоплівки, через які з ними буває дуже важко боротися, так що якщо ми навчимося втручатися в хімічне спілкування всередині колонії, можна буде робити бактерій в ній більш егоїстичними - настільки, що біоплівка руйнувала б сама себе.