Недавно обнаруженный микроб превратился в каннибалистического «сверхгиганта»

Фото из открытых источников

Недавно обнаруженный микроб обладает странной двойственностью. Euplotes gigatrox — это крошечная инфузория, которая обычно спокойно плавает в морской воде, поглощая бактерии. Но если дать достаточно времени, колония клонов в конце концов будет потрясена вырвавшейся из-под контроля клеткой, которая вырастет в «сверхгиганта» и начнет каннибалистическую бойню. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Это отдельная клетка, выполняющая то, что мы обычно связываем с развитием животных», — говорит Бен Ларсон из Политехнического института Ренсселера в США. «Это расширяет наше представление о возможностях одноклеточных организмов и предоставляет нам новую систему для изучения того, как клетки контролируют свою форму и функции».

Исследователи обнаружили E. gigatrox в образцах морской воды, собранных из фильтрационной системы на карибском острове Кюрасао. Организмы культивировали в искусственной морской воде, дополнительно обеспечивая их большим количеством питательных веществ и бактерий.

Несколько месяцев всё казалось нормальным. Но в конце концов исследователи заметили, что некоторые клетки спонтанно выросли до огромных размеров.

В то время как обычная клетка в среднем имела длину около 54 микрометров, сверхгиганты вырастали примерно до 140 микрометров. И, к несчастью для обычных клеток, эти изменения были не просто косметическими.

Сверхгиганты использовали свою дополнительную массу, чтобы выслеживать обычных клонов, поедая по одной клетке примерно каждые 10 минут.

«При каннибализме клетки хищника «переезжают» нормальные морфы, пока не застрянут в ротовой полости, где их поглощают», — пишут исследователи. «Это резко контрастирует с фильтрационным питанием у обычных морфотипов и других видов Euplotes , где мембранеллы генерируют электрический ток, который втягивает бактерии и мелких простейших».

К счастью, есть способ избежать поглощения сверхгигантом обычными клетками: просто продолжать плавать. В своем нормальном состоянии E. gigatrox может «ходить» по поверхностям или плавать в жидкостях, совершая изящные движения в форме спирали.

Однако сверхгиганты слишком громоздки, чтобы плавать, и могут охотиться только вдоль поверхностей по круговой траектории. Когда исследователи освободили их от оков, они смогли лишь неуклюже перекатываться в жидкостях, пока снова не достигли поверхности.

«Образование сверхгигантов представляет собой компромисс», — говорит Ларсон. «Эти клетки становятся лучшими охотниками, но худшими пловцами, меняя свою трофическую нишу с питания бактериями на использование совершенно другого типа добычи».

Однако это расширение масштабов не стало постоянным изменением.

Команда исследователей заметила, что все сверхгиганты возвращались к своим нормальным размерам в течение 24 часов. После этого, по-видимому, наступал латентный период, в течение которого они некоторое время не могли снова стать сверхгигантами.

Когда исследователи разделили популяции на нормальные клетки и клетки, недавно вернувшиеся из состояния сверхгигантов, выяснилось, что новые сверхгиганты образуются из нормальных популяций раньше и чаще, чем из бывших сверхгигантов.

Чтобы выяснить, что происходило в клетках во время трансформации, исследователи изучили экспрессию генов в нормальных клетках, сверхгигантских клетках и клетках, недавно прошедших реверсию. Они обнаружили два конкретных набора экспрессии генов, которые, по-видимому, играли ключевую роль.

«Один набор генов активируется во время дифференцировки в сверхгигантские клетки и частично сохраняется в ревертированной стадии, в то время как второй набор генов активируется только в ревертированных клетках, и, вероятно, именно он объясняет латентный период», — пишут исследователи.

Что касается причин перехода некоторых клеток в фазу сверхгиганта, исследователи обнаружили несколько подсказок. Они неизменно появлялись только после того, как популяция завершала период экспоненциального роста и переходила в более стабильную фазу.

Примечательно, что они не появятся, если будет много бактерий, которыми можно питаться. Лишь когда другие источники пищи становятся дефицитными, небольшая группа клеток, похоже, переходит в свою «фазу мистера Хайда» и начинает пожирать другие клетки.

При более внимательном рассмотрении обнаружилось еще большее разнообразие в этих культурах, включая «крылатые» формы, которые, как отмечают Ларсон и его команда, «могут выполнять оборонительную функцию».

Как сообщают исследователи, во всех своих экспериментах сверхгиганты никогда не составляли более 5 процентов от общей численности популяции.

По их словам, это позволяет предположить, что «образование сверхгигантов может служить стратегией хеджирования рисков для подгруппы клеток в недавно растущей популяции, достигшей предельной численности».

Эта работа — ещё одно напоминание о тех маленьких историях ужасов, которые постоянно разворачиваются вокруг нас.