Ученые впервые задокументировали микроб, который кардинально меняет свой размер, форму и поведение, превращаясь в каннибалистического «сверхгиганта», охотящегося и пожирающего представителей своего собственного вида.
Полученные результаты демонстрируют, как одноклеточные организмы способны к сложному поведению, и могут изменить наше понимание развития таких форм жизни.
До настоящего времени область биологии развития в основном была сосредоточена на изучении многоклеточных животных и их поведения на протяжении многих лет.
Однако новый вид простейших, названный Euplotes gigatrox, по-видимому, демонстрирует сложное поведение, ранее не наблюдавшееся у одноклеточных организмов.
Исследователи впервые идентифицировали этот вид, изучив внутреннюю часть системы фильтрации морской воды на карибском острове Кюрасао.
Они обнаружили, что клоны этих микробов, живущие вместе, могут спонтанно развиваться в сверхгигантов, длина которых более чем в два раза превышает длину нормальных клеток, с более широкой формой тела и большим ртом.
В нормальных условиях, будучи одноклеточными организмами, они питаются бактериями путем фильтрации.
Но, как показало исследование, опубликованное в журнале PNAS , после превращения в сверхгигантов они становятся хищными хищниками, набрасываясь на своих клонированных родственников, чтобы захватить и проглотить их целиком со скоростью примерно одна добыча каждые 10 минут.
«Это отдельная клетка, выполняющая то, что мы обычно связываем с развитием животных», — сказал биолог Бен Ларсон из Политехнического института Ренсселера (RPI).
«Это расширяет наше представление о возможностях одноклеточных организмов и дает нам новую систему для изучения того, как клетки контролируют свою форму и функции», — сказал доктор Ларсон, соавтор исследования, опубликованного в PNAS .
Изменение поведения касается не только кормления.
Простейшее, представляющее собой одноклеточный организм, передвигается по поверхностям и грациозно плавает по спиральным траекториям в жидкости.
Однако, как выяснили ученые, в своей сверхгигантской форме они передвигаются по круговым траекториям, приспособленным для охоты на добычу, ползающую по поверхности, и неуклюже кувыркаются, а не плавают, когда их сбрасывают с поверхности.
«Образование сверхгигантов представляет собой компромисс. Эти клетки становятся лучшими охотниками, но худшими пловцами, меняя свою трофическую нишу с питания бактериями на использование совершенно другого типа добычи», — сказал доктор Ларсон.
В ходе исследования ученые секвенировали геном и белки простейшего организма в его нормальном состоянии, в состоянии сверхгиганта, а также в состоянии, когда он недавно перешел из сверхгигантской стадии.
Они обнаружили, что сверхгиганты представляют собой отдельную стадию развития, характеризующуюся существенными различиями в активности генов, включая производство белков и организацию мембран.
Клетки, которые возвращаются из состояния сверхгиганта в другое состояние, также, по-видимому, содержат особый набор молекул, которые, судя по всему, временно подавляют трансформацию обратно в гигантское состояние.
Кроме того, численность сверхгигантов никогда не превышала пяти процентов от общей численности популяции.
«Большая часть наших знаний о развитии получена из исследований на животных», — сказала доктор Ларсон.
«Теперь у нас есть система, позволяющая изучать те же фундаментальные вопросы, наблюдая за аналогичными процессами развития в одноклеточном организме на совершенно другой ветви древа жизни», — сказал биолог.