Tandplak under et elektronmikrofotografi. (Steve Gschmeissner/Science Photo Library/Getty Images) Bakterier er ikke kendt for deres klogskab. De vokser, de tilpasser sig, og de vokser noget mere, men vi plejer ikke at fange dem i at huske ting.
Nu har forskere fra University of California (UC), San Diego, brugt lys til at indprente en 'hukommelse' på en bakteriel biofilm – og opdaget, at mikroberne opførte sig overraskende på samme måde som neuroner.
'Vores arbejde viser for første gang, at simple bakterier kan kode hukommelse på niveau med deres cellulære membranpotentiale, hvilket svarer til hukommelsesprocessen for neuroner i hjernen,' sagde UC San Diegos molekylærbiolog Gürol Süel til Energyeffic.
'Vi var overraskede over at finde ud af, at den mekanisme, hvorved hukommelsen dannes, ligner bakterier og neuroner, da disse er evolutionære meget fjerne systemer.'
Når neuroner 'fyrer' i vores hjerner, strømmer ioner ind i det lille hul mellem nervecellerne, fortæller den næste neuron, at en besked er blevet modtaget, og udløser den til at fortsætte med at videregive den besked.
Oversvømmelsen af ioner producerer en cellulært membranpotentiale - en forskel i elektrisk ladning mellem indersiden og ydersiden af cellen. Stort set alle levende ting bruger dette fænomen til at drive mekanismer i cellemembranen og til at transmittere signaler mellem forskellige områder af kroppen.
I neuroner er denne ændring i cellulært membranpotentiale kendt for at være involveret i processen med hukommelsesdannelse; nu ser det ud til, at noget lignende kan ske i biofilm.
'Dette membranpotentiale er en grundlæggende egenskab, der deles af alle levende celler, og især velundersøgt i neuroner,' forklarede Süel.
'Bakterier, der blev udsat for lys, udviste vedvarende et andet membranpotentiale sammenlignet med de bakterier, der ikke blev eksponeret, så det var tydeligt, at disse bakterier 'huskede' at blive udsat for lys.'
Holdet så på en simpel bakterieart kaldet græsbacille ( Bacillus subtilis ) og gav dem et fem sekunders blåt lys fra en laser. De fandt ud af, at dette lys forårsager en ændring i membranpotentialet - med ioner, der konstant strømmer ud af cellen og så ind igen. Denne effekt holdt sig i flere timer efter lyseksponeringen.
'Modellerne er godt udførte, ligesom det eksperimentelle arbejde med mikrofluidik og lysexcitation. Nogle afsnit er mindre overbevisende,« siger evolutionsbiolog Olin Silander fra Massey University Auckland i New Zealand, som ikke var involveret i undersøgelsen.
'Forfatterne foreslår, at ét gen (yugO) er en kaliumkanal, der er nødvendig for, at lysstimulering kan virke i biofilm. Andre forfattere har dog bemærket, at yugO faktisk er nødvendigt for overhovedet at danne biofilm.'
Fordi bakterierne var blevet gensplejset til at fluorescere, når koncentrationen af membranpotentiale reporter thioflavin-T stiger, var forskerholdet i stand til fysisk at se biofilmen, mens den pulserede.
'De lyseksponerede celler går frem og tilbage fra at være hyperpolariseret til at blive depolariseret i forhold til resten af biofilmen,' skriver forskerne i avisen. 'Dette resulterer i slående visuelle mønstre over tid.'
Det kan du se i denne video nedenfor.
Selvom det ser ud til at være en form for hukommelsesdannelse, er det bestemt ikke det samme som det, der foregår i vores hjerner. Vi ved endnu ikke, hvorfor det opstår, eller om bakterierne rent faktisk bruger det i deres almindelige miljøer.
»Vi ved endnu ikke, hvorfor bakterier har denne egenskab. Det er klart, at vi er nødt til at studere dybere, hvad det betyder for bakterier at blive udsat for lys og danne minder,” forklarer Süel.
Forskerne siger, at deres resultater hentyder til ideen om, at de neuroner, vi stoler på, kan have nogle processer, der rækker så langt tilbage i vores evolutionære historie som bakterier, selvom ikke alle er overbeviste.
'Homologien af disse to processer er usandsynlig; det vil sige, det er ikke sandsynligt, at de begge har udviklet sig fra en forfædres kalium- eller anden kationkanal,' sagde Silander til Energyeffic.
'Selvom der er mange andre processer/adfærd i bakterier, der vides at udvise hukommelse, er dette den første, jeg kender til, som er resultatet af lysstimulus.'
Det er faktisk ikke første gang, forskere har fundet bakterier, der 'husker' ting.
Et par år siden, et andet team af forskere fandt ud af, at bakterier havde en kollektiv hukommelse, som øgede deres tolerance over for stress, når de blev udsat for salt.
Det nuværende hold af forskere håber, at de måske kan bruge deres resultater til biologisk beregning og syntetisk biologi, men det er et stykke vej endnu.
I mellemtiden, forkæl dinkroppens bakterier godt... det husker måske bare.
Forskningen er publiceret i Cellesystemer .
Redaktørens note (29. april 2020): Artiklen er blevet opdateret med kommentarer fra en forsker, der ikke var involveret i undersøgelsen.