Η συλλογική κινητικότητα έχει παρατηρηθεί σε βιολογικά συστήματα που ανήκουν σε ένα ευρύ φάσμα κλίμακας μεγέθους, που κυμαίνεται από τα μεγάλα ζώα μέχρι τα βακτήρια, διότι τα συλλογικά συστήματα πάντα λειτουργούν καλύτερα στο θέμα της προσαρμογής από τα μεμονωμένα. Τα μεμονωμένα βακτηριακά κύτταρα έχουν βραχεία μνήμη. Οι βακτηριακές ομάδες όμως μπορούν να αναπτύξουν συλλογική μνήμη που αυξάνει την αντοχή τους στο στρες. Αυτό αποδείχτηκε πειραματικά για πρώτη φορά σε μια μελέτη που πραγματοποιήθηκε από επιστήμονες από το Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Περιβάλλοντος (EAWAG) και το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας (ETH) και δημοσιεύτηκε στο περιοδικό PNAS.
Ένα από τα βασικά ερωτήματα στη μελέτη της βιολογικής συλλογικής κινητικότητας είναι ο τρόπος που τα χαρακτηριστικά των μεμονωμένων ατόμων επηρεάζουν τη συμπεριφορά σε επίπεδο πληθυσμού. Αυτό το ερώτημα έχει σχέση με τη δυναμική των γενικώς αυτοκινούμενων συστημάτων σωματιδίων, τη βιολογική αυτο-οργάνωση και τα ενεργά σωματίδια μέσα σε υγρά. Τα βακτήρια παρέχουν ένα προσιτό σύστημα αντιμετώπισης αυτού του ζητήματος, επειδή είναι απλές μορφές ζωής και η συμπεριφορά τους είναι σχετικά εύκολο να ελεγχθεί.
Advertisment
Τα βακτήρια που εκτίθενται σε μέτρια συγκέντρωση άλατος επιβιώνουν αποτελεσματικότερα από την επακόλουθη έκθεση σε υψηλότερη συγκέντρωση αν δεν υπάρξει κάποιο προειδοποιητικό συμβάν. Σε μεμονωμένα κύτταρα όμως, η επίδραση αυτή είναι βραχύβια: μετά από μόλις 30 λεπτά, το ποσοστό επιβίωσης δεν εξαρτάται πλέον από την έκθεση στη συγκέντρωση. Δύο μικροβιολόγοι από τα Ινστιτούτα EAWAG και ETH, ο Roland Mathis και ο Martin Ackermann, ανέφεραν μια καινούρια ανακάλυψη που έγινε κάτω από το μικροσκόπιο με το Caulobacter crescentus, ένα βακτήριο που βρίσκεται στο γλυκό και στο θαλασσινό νερό.
Όταν παρατηρείται μια ολόκληρη ομάδα κι όχι μεμονωμένα κύτταρα, τα βακτήρια φαίνεται ότι αναπτύσσουν ένα είδος συλλογικής μνήμης. Σε πληθυσμούς που έχουν εκτεθεί σε προειδοποιητικό συμβάν, τα ποσοστά επιβίωσης μετά από μια δεύτερη έκθεση 2 ώρες μετά είναι υψηλότερα σε σύγκριση με τις ομάδες που δεν είχαν προηγουμένως εκτεθεί. Χρησιμοποιώντας την υπολογιστική μοντελοποίηση, οι επιστήμονες εξήγησαν αυτό το φαινόμενο από την άποψη του συνδυασμού 2 παραγόντων.
Πρώτον, το στρες που προκαλείται από το αλάτι προκαλεί καθυστέρηση στην κυτταρική διαίρεση οδηγώντας στον συγχρονισμό των κυτταρικών κύκλων.
Advertisment
Δεύτερον, η πιθανότητα επιβίωσης εξαρτάται από τη θέση του μεμονωμένου βακτηριακού κυττάρου στον κυτταρικό κύκλο κατά τη διάρκεια της δεύτερης έκθεσης. Ως αποτέλεσμα του συγχρονισμού του κυτταρικού κύκλου, η ευαισθησία του ομάδας αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Οι ομάδες που είχαν εκτεθεί προηγουμένως μπορεί να είναι πιο ανεκτικές σε μελλοντικά στρεσογόνα γεγονότα, αλλά μερικές φορές ίσως γίνονται ακόμη πιο ευαίσθητες από τις ομάδες που δεν είχαν εκτεθεί προηγουμένως.
Ο Martin Ackermann σχολιάζει: «Αν καταλάβουμε αυτή τη συλλογική δράση, είναι πιθανό να βελτιωθεί η ικανότητά μας να ελέγξουμε τους βακτηριακούς πληθυσμούς». Τα ευρήματα σχετίζονται, για παράδειγμα, με την κατανόηση του τρόπου που τα παθογόνα βακτήρια αντιστέκονται στα αντιβιοτικά ή του τρόπου που η απόδοση των βακτηριακών καλλιεργειών σε βιομηχανικές διεργασίες ή εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων μπορεί να διατηρηθεί κάτω από ενεργές συνθήκες. Εξάλλου, τα βακτήρια διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο σε όλες σχεδόν τις βιοχημικές και γεωχημικές διαδικασίες.
Από την ανθρώπινη πλευρά, ανάλογα με τη συγκεκριμένη διαδικασία είναι είτε ευεργετικά – πχ διασπούν τους ρύπους ή μετατρέπουν τα θρεπτικά συστατικά σε ενέργεια – είτε βλαβερά, ειδικά όταν προκαλούν ασθένειες. Για τους ερευνητές, λέει ο Mathis, μπορεί να εξαχθεί κι ένα άλλο σημαντικό συμπέρασμα: «Αν θέλουμε να καταλάβουμε τη συμπεριφορά και την πορεία των μικροβιακών πληθυσμών, μερικές φορές είναι απαραίτητο να αναλύσουμε το κάθε κύτταρο ξεχωριστά».
Τα βακτήρια διαθέτουν επίσης τη συλλογική ικανότητα να παράγουν πολλούς νευροδιαβιβαστές και νευροτροποποιητές. Για παράδειγμα, συγκεκριμένα είδη του Lactobacillus και του Bifidobacterium παράγουν γάμμα-αμινοβουτυρικό οξύ (GABA), ενώ τα Escherichia, Bacillus και Saccharomyces παράγουν νορεπινεφρίνη (ΝΕ). Μελλοντικές μελέτες για τον τρόπο που τα μικρόβια συμβάλλουν στη λειτουργία του ξενιστή τους σε όλα τα επίπεδα θα διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην περαιτέρω κατανόηση των προβλημάτων υγείας, καθώς και των διαταραχών της κοινωνικής αλληλεπίδρασης.
[toggle title="Πηγές"]
[/toggle]
