Информация

Разширява ли се или се размножава слузевата плесен?

Разширява ли се или се размножава слузевата плесен?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

След като прочетох за слузеста мухъл, се чудех, направете просто мухъл разширяване навън или умножете?

напр. ако сложа 100 грама мухъл на 1 място, ще се разшири ли, за да кажем 2 места и ще има 1-во място с останали 80 грама и 2-ро място с 20 грама (т.е. общо 100 грама), или те се умножават ; 1-во място все още 100 грама, а 2-ро място с 20 грама?


Отговорът е, че те ще направят едното или и двете, в зависимост от условията: това е едно от нещата, които накараха учените по сложни системи да се интересуват толкова от неща като използването на слузести форми при моделиране на оптимизационни проблеми.

При добри хранителни условия клетките ще се размножават щастливо. В същото време те ще текат и ще се преоформят, за да се разпространяват и мигрират в търсене на храна, когато хранителните вещества не са еднородни.


Миколог обяснява как слизестата плесен може да решава лабиринти

Physarum polycephalum е едноклетъчен организъм без мозък, който може да взема „решения“ и да решава лабиринти. Ан Прингъл, която е миколог в Университета на Уисконсин-Медисън, обяснява всичко, което трябва да знаете за това какво представляват тези слузести плесени и как се вписват в нашата екосистема.

Може би сте виждали снимките.

Това е жълт организъм, който прилича малко на папрат,

или може би корал, или може би мъх.

Но наистина това е нещо, наречено слузеста плесен,

и когато Парижкият зоологически парк

наскоро изложи един на показ, наричайки го Blob,

интернет се забърза.

Може да изглежда просто, но този безмозъчен организъм

всъщност може да взема решения и да решава лабиринти.

За да научим повече, седнахме с миколог Ан Прингъл

в университета на Уисконсин.

Какво е това, цитат без цитат, Blob?

Blob е вид слузеста плесен.

Хората наричат ​​Physarum polycephalum петното,

Това не е растение, не е животно.

Извън тези три кралства

с които наистина сме запознати,

има всички тези други деца на организми,

много различни групи,

с които просто сме по-малко запознати

но те са наистина разнообразни.

Те играят важна роля в нашата среда,

и Physarum се характеризира с това

част от жизнения му цикъл, наречен плазмодий,

което по същество е гигантска, огромна клетка.

Харесва ми тази идея за слузеста форма

като напълно противоречи на човешките очаквания,

и предполагам като разширение, объркано интернет напоследък.

Изведнъж зоологическата градина в Париж изложи това на показ

Дава на много хора много възможности

да говорим по тема, която знаеш.

Господи, когато отида на коктейл,

Не съм сигурен, че много хора наистина искат да чуят

за Physarum, или поне отнема известно време, за да влезем в него.

и не знам кой е взел това решение или как са го взели,

но ми се струва блестящо,

за да можете да поставите нещо толкова различно там

Мисля, че когато преподавам в класа си по биология гъбичките,

има няколко коментара, които постоянно получавам.

Един коментар е, че сега ги виждам постоянно.

По начин, по който не можете да го видите

освен ако не сте научени да го виждате.

И така, ако сте научени да го виждате,

тогава изведнъж, където и да отидеш,

има гъбички, което е вярно.

Където и да отидеш, има гъбички.

И тогава силната реакция, която получавам, е изумление.

Как не знаех това преди?

Как така никой не ми каза за това преди?

Така че не съм изненадан от тази реакция,

и също е доста забавно да гледате как се разиграва.

Има много видове Physarum, повече от 100.

И ако отидете в местните гори

и това беше точното време на годината и влажно местообитание,

вие абсолютно ще го намерите сами.

Повечето хора мислят за клетката като

това наистина малко нещо, което не можете да видите,

но това е една гигантска клетка.

Можете ли да ни преведете как работи

като една голяма клетка с много, много ядра вътре?

Разбираме някои отговори на този въпрос.

Има и други неща, които не знаем.

И така, ние знаем, че няма напречни стени.

Без прегради, без бариери от какъвто и да е вид

Така течностите могат да текат през тялото много лесно,

и това очевидно е много различно от нас.

Това е много, много малък плазмодий,

и капка вода току-що беше поставена от дясната страна,

и сега виждате ли това ритмично свиване?

още една капка, но това е храна.

Виждате ли как върховете се подуват?

И тогава просто гледайте и ще видите вълни

И така, тези вълни са причинени от перистолза,

което е основно ритмично свиване.

Разширяване, свиване, разширяване, свиване, разширяване,

който движи течности и ние мислим информация,

Как Physarum комуникира през себе си,

как интегрира информация,

и координира поведението, има общо с

някакъв вид сигнална молекула

които се разпространяват по много специфичен начин.

Това, което е тази сигнална молекула, може да е калций.

Може да е нещо друго. Може ли да говорим за

как е организмът, в известен смисъл,

изследване на околната среда по този начин

това е почти търсене на път в среда?

И мисля, че това е част от шума около него, нали?

Хората чуват за това и чуват неща

сякаш има толкова много пола и се храни,

и това се вижда като наистина забележително поведение.

И аз мисля, че това е, защото сме склонни

да се свърже дума като поведение

с нещо като куче или животно.

Но тук, очевидно, има организъм

който се движи наоколо и търси храна.

Той усеща в своята среда,

например, където има богати на ресурси пачове.

То няма този вид сензорен апарат

с които сме свикнали и така в известен смисъл

храненето му е свързано с изпращането на пипички,

ако щете, или части от себе си,

да изследват околните местообитания.

И това наистина е това, което прави

във всички тези експерименти

които са свързани с получаването на Physarum

да расте по определени начини, имитирайте оптималната мрежа

който ще свърже железопътните гари на Токио

или държавни столици на Съединените щати и т.н.

Наистина расте в много пространство,

и след това се реорганизира

в конфигурация, която му позволява да се храни оптимално,

и в крайна сметка оптимално възпроизвеждане.

Ан, трудно е да се говори за интелигентност

с животно като това, 'защото имаме толкова много

концепции около интелигентността.

Ние го базираме толкова много на хора и други животни.

Но това не е като да знае, че е в лабиринт,

Прави това, което обикновено прави

Абсолютно прави това, което обикновено прави

Когато хората мислят за Physarum да решава лабиринт,

това, което много хора смятат, че прави Physarum

е решаването на лабиринта по начина, по който вие или аз бихме решили лабиринт.

намира най-краткия път през лабиринта,

Не това прави Physarum.

Physarum расте през целия лабиринт.

Той търси цялото това пространство.

След това прибира тялото си само към най-краткия път.

Така че това е наистина различен начин

на цитат без цитат решаване на лабиринт

отколкото това, за което сме склонни да мислим.

И мисля, че това е наистина важно разграничение.

Намирам световната интелигентност за наистина проблематична

като думата секс, само защото и двете думи

са толкова заредени със смисъл,

и със смисъл, който няма нищо общо

с биологията на гъбичките или животните на гъбичките.

Когато говорим за секс във Physarum,

на първо място, Physarum има наистина сложен жизнен цикъл,

или по-сложни, отколкото сме свикнали като хора,

и в различна част от жизнения цикъл

има единични клетки, наречени роеви клетки.

когато се случи чифтосване, те се сливат.

И те се сливат, за да станат едно тяло.

И така, обичам мъжа си много,

ние не се сляхме в едно тяло.

Тялото ми е тук, тялото му е в кабинета му.

Така че това е наистина различен вид процес

когато говорим за чифтосване за Physarum.

И по принцип, независимо дали две клетки или не

може да се слее и да образува едно тяло е свързано с три гена.

И един от гените има 16 локуса, поне 16.

И друг има 15, а друг има три.

Така че, ако умножите 16 по 15 по три,

получавате 720 възможни комбинации,

и това е началото на тази идея

че има повече от 700 пола.

И тогава гигантският плазмодий, когато се възпроизвежда,

цялото тяло се превръща в спори

които след това се разпръскват по вятъра.

Това е просто много различен път.

Така че извън лабиринт в естествена среда,

какво всъщност ядат тези организми?

И така, в лабораторията го храним Quaker Oats,

и изглежда много харесва овеса,

и всъщност изглежда яде овеса,

и ги смилайте на малки парченца

и изхвърлете парченца от тялото му.

В природата си мислим, че се надига

бактерии и гъбични спори и други

наистина малки същества, които са върху субстратите,

скалата, или гората, или мулчът, върху който расте,

Къде точно в дървото на живота

Представете си, че сте се върнали в едно време

където просто гледахте организмите.

Групиране на организмите според това как изглеждат.

Тогава бихте го направили съвсем разумно

погледнете Physarum, вижте слузеста плесен,

и кажи, боже, много прилича на гъбички.

И тогава идва нещо, наречено PCR машина,

и можем да започнем да секвенираме ДНК,

и когато започнете да секвенирате ДНК,

има огромно пренареждане в нашето разбиране за

как нещата са свързани помежду си.

Така че започваме да разбираме това

слузестите плесени не са истинските гъбички, както ги наричаме,

въпреки че са гъбични организми,

но те са нещо наистина различно.

И така в този момент бих казал

това е една от най-вълнуващите области на биологията,

знаем ли какво представляват растенията, повече или по-малко.

Ние разбираме какво са животните, повече или по-малко.

Гъбички, може би по-малко от повече, но

мислим, че знаем какво представляват гъбичките.

Но тогава има всички тези групи организми

които не са нито един от тези три,

и още по-интересно,

ние нямаме усещане за тяхното биоразнообразие.

Има много малко хора, които учат

биоразнообразието на слузести плесени.

Наистина е забавно да говорим за тези неща.

Също така, според мен, езикът наоколо

интелигентност и решаване на лабиринти

е фантастичен по свой начин, но за мен

също така просто става инструмент за разговор

някои много по-големи проблеми относно биоразнообразието

и какво знаем за тази земя, на която живеем,

И за мен изглежда, че не знаем доста.

И би било фантастично да има

повече хора участват и мислят за

колко слузести плесени има в моята гора?

Господи, местен Physarum ли е?

Така че изглежда реална възможност.

Благодаря ви, че сте тук и

повдигайки всички тези луди философски въпроси

за един привидно прост организъм.

Удоволствието е мое! [звънене]

WIRED е мястото, където се реализира утрешният ден. Това е основният източник на информация и идеи, които осмислят един свят в постоянна трансформация. Разговорът WIRED осветлява как технологиите променят всеки аспект от живота ни – от култура до бизнес, наука до дизайн. Пробивите и иновациите, които разкриваме, водят до нови начини на мислене, нови връзки и нови индустрии.

© 2021 Condé Nast. Всички права запазени. Използването на този сайт представлява приемане на нашето Потребителско споразумение и Политика за поверителност и Декларация за бисквитки и Вашите права за поверителност в Калифорния. Кабелен може да спечели част от продажбите от продукти, които са закупени чрез нашия сайт като част от нашите партньорски партньорства с търговци на дребно. Материалите на този сайт не могат да бъдат възпроизвеждани, разпространявани, предавани, кеширани или използвани по друг начин, освен с предварителното писмено разрешение на Condé Nast. Избор на реклами


Слузевата плесен абсорбира вещества, за да ги запомни

Сливане на венозна мрежа от две петна. Кредит: © David Villa / CNRS Photothèque

През 2016 г. учените от CNRS демонстрираха, че слузевата плесен Physarum polycephalum, едноклетъчен организъм без нервна система, може да се научи да не се страхува повече от безвредно, но отвратително вещество и може да предаде това знание на други слузести плесени. В ново проучване, екип от CNRS и Университета Тулуза III - Пол Сабатие показа какво може да поддържа тази памет и всъщност може да е самото отвратително вещество.

Physarum polycephalum е сложен едноклетъчен организъм, който няма нервна система, но може да научи и да прехвърли знанията си на своите събратя слузести форми чрез синтез. Как става това доскоро беше загадка. Изследователи от Центъра за изследване на животните (CNRS/UT3 Paul Sabatier) наскоро показаха, че слузестите плесени се научават да понасят вещество, като го абсорбират.

Това откритие произтича от наблюдение: слузестите плесени обменят информация само когато техните венозни мрежи се слеят. В такъв случай знанието циркулира ли през тези вени? Дали веществото, с което слизестата плесен свиква, поддържа паметта му?

Първо екипът от учени принуди слузестите плесени да пресичат солени среди в продължение на шест дни, за да ги привикнат към сол. След това те оценяват концентрацията на сол вътре в слузените форми: те съдържат десет пъти повече сол от "наивните" слузеви форми. След това изследователите поставят свикналите слузести плесени в неутрална среда и наблюдават, че те отделят усвоената сол в рамките на два дни, губейки „паметта“. Следователно този експеримент изглежда показва връзка между концентрацията на сол в организма и „паметта“ на привикването.

За да усъвършенстват и потвърдят тази хипотеза, учените въведоха "паметта" в наивните петна, като инжектират солен разтвор директно в организмите. Два часа по-късно слузените форми вече не бяха наивни и се държаха като слузести форми, преминали шестдневно обучение

Когато условията на околната среда се влошат, слузестите плесени могат да влязат в стадий на покой. Изследователите демонстрираха, че слузестите плесени, привикнали към солта, съхраняват абсорбираната сол, преди да навлезе в стадия на покой и могат да съхраняват знанията до един месец.

Резултатите от това проучване доказват, че отвратителната субстанция може да бъде подкрепата на паметта на слузевата плесен. Сега изследователите се опитват да установят дали слузените форми могат да запомнят няколко отвратителни вещества едновременно и до каква степен могат да свикнат с тях.


Карайте Slime Mould Express!

Ако искате да проектирате железопътна система, можете да направите по-лошо, отколкото да наемете калъп за слуз. Изследователите са показали, че когато се отглежда на карта на Япония, желатинозният, подобен на гъби организъм свързва интересни точки по модел, подобен на влаковата мрежа на Токио. Инженерите може да са в състояние да вземат пример от подхода на организма за проектиране на по-ефективни транспортни системи.

Номерът е свързан с това как се хранят слузестите плесени. Кога Physarum polycephalum, слузеста плесен, често срещана в разлагащи се трупи, открива бактерии или спори, расте върху тях и започва да ги смила през тялото си. За да продължи да расте и изследва, слизестата плесен трансформира своя византийски модел от тънки пипчета в по-проста, по-ефективна мрежа от тръби: Тези, които носят голям обем хранителни вещества, постепенно се разширяват, докато тези, които се използват малко, бавно се свиват и в крайна сметка изчезват.

Изследователите са използвали това поведение за забавен ефект в миналото. През 2000 г., например, екип, ръководен от математическия биолог Тошиюки Накагаки от университета Хокайдо в Япония, показа, че P. polycephalum може да намери най-краткия път през лабиринт, за да свърже два хранителни ресурса. (Произведението спечели Ig Нобелова награда.)

Но това беше пъзел с едно-единствено правилно решение. В новата работа екипът искаше да знае как ще се представи матрицата в реална ситуация, в която няколко конкуриращи се цели трябваше да бъдат балансирани едновременно. Проектирането на железопътна мрежа, която свързва много градове, представлява точно такъв проблем. „Планирането е много трудно поради компромисите“, казва клетъчният биолог Марк Фрикър от Оксфордския университет в Обединеното кралство, който също участва в изследването. Например свързването на всички градове чрез възможно най-късата дължина на трасето често принуждава пътниците да поемат по силно индиректни маршрути между всякакви две точки и може да означава, че един-единствен отказ изолира голяма част от мрежата. Изграждането на повече резерви прави мрежата по-удобна и по-устойчива, но на по-висока цена.

Тъй като не можеха математически да определят „перфектното“ решение, изследователите решиха да поставят задачата на слузеста форма с проблем, с който човешките дизайнери вече са се справили. Те поставиха овесени люспи (любима слузеста плесен) върху плочи с агар по модел, който имитира местоположението на градовете около Токио и импрегнира чиниите с P. polycephalum в точката, представляваща самото Токио. След това те наблюдаваха как слузевата плесен расте в продължение на 26 часа, създавайки пипчета, които свързваха хранителните доставки.

Различните табели показаха редица решения, но визуалното сходство с железопътната система в Токио беше поразително в много от тях, съобщават изследователите в утрешния брой на наука. Когато слузевата плесен беше избрала различно решение, нейната алтернатива беше също толкова ефективна.

Ако изследователите успеят да конструират компютърен модел на поведението на слузеста плесен, казва Фрикер, това може да помогне на инженерите да проектират по-добри транспортни мрежи. "Идеята би била, че ако някой го постави в нов контекст, система, използваща тези правила, ще изгради мрежа, която трябва да има уважавани свойства."

Работата е „много интересен пример за това как биологията може да вдъхнови нови методи в технологичния дизайн“, казва Мелани Мичъл, компютърен учен от Портландския държавен университет в Орегон. Но тя не е съвсем готова да скочи на експреса с мухъл. „Този ​​документ използва само един сравнително прост пример“, предупреждава тя. "Не е очевидно, че подобни експерименти биха работили и за съпоставяне на други транспортни мрежи."


Видове слузеста плесен

Повечето слузести плесени са по-малки от няколко сантиметра, но най-големите достигат площи до тридесет квадратни метра, което ги прави най-големите известни неразделени клетки. Много от тях имат ярки цветове като жълто, кафяво и бяло.

Често срещана слузеста плесен, която образува малки кафяви туфи върху гниещи трупи, е стемонит. Друга форма, която живее в гниещи трупи и често се използва в изследванията, е Physarum polycephalum. В трупите има вид на лигава мрежа от жълти нишки с размери до няколко фута. Фулиго образува жълти корички в мулч.

Жизненият цикъл на протостелидите е много подобен на горните описания, но те са много по-малки, плодните тела образуват само една до няколко спори.

Dictyosteliida, клетъчни слузести плесени, са далечно свързани с плазмодиалните слузни плесени и имат много различен начин на живот. Техните амеби не образуват огромни ценоцити и остават индивидуални. Те живеят в подобни местообитания и също се хранят с микроорганизми. Когато храната свърши и те са готови да образуват спорангии, те правят нещо коренно различно. Те освобождават сигнални молекули в околната среда, чрез които се намират и създават рояци. След това тези амеби се съединяват в малко многоклетъчно охлюв като координирано създание, което пълзи до открито осветено място и прераства в плодно тяло. Някои от амебите се превръщат в спори, за да започнат следващото поколение, но някои от амебите се жертват, за да станат мъртво стъбло, издигайки спорите във въздуха.

Acrasidae имат подобен начин на живот като Dictyostelids, но техните амеби се държат различно и са с несигурна таксономична позиция.

Плазмодиофоридите също образуват ценоцити, но са вътрешни паразити на растенията (например, болест на корените на зелето).

И накрая, Labyrinthulomycetes са морски и образуват лабиринтни мрежи от тръби, в които могат да пътуват амеби без псевдоподи.


E pluribus плазмодий

„Слузевата плесен е наистина завладяваща, защото е едновременно една и много“, казва Меган Добро, професор по биология от Хемпшир, който участва в симпозиума. „Има всички тези хора, които са се ангажирали да действат в най-добрия интерес на общността.

Плазмодий от Physarum ядрата се движат, като осцилират цитоплазмата си напред-назад на всеки 50 секунди, като измества центъра на тежестта си, за да се движи с малко повече от една трета от инча на час. Когато храната е наблизо, плазмодият образува мрежа от тънки тубули, които се разклоняват в търсене на нея, като в крайна сметка намират оптималния път.

Математици и компютърни учени се интересуват от способността на слизестите форми да решават оптимизационни проблеми в геометрията и предаването на информация. В проучване от 2010 г. японски учени подреждат овесени люспи в модела на градовете близо до Токио около Physarum плазмодий, и в рамките на 26 часа слузената плесен е образувала мрежа, която е поразително подобна на железопътната система в Токио. Подобни експерименти са проведени с магистралите на Великобритания, Канада, Испания и Древен Рим.

Учените са показали, че слузестите плесени също показват рудиментарно поведение на обучение. Шокирайте плазмодия на редовни интервали и той ще промени поведението си в очакване на следващия. Изложете плазмодия на отблъскващи, но безвредни стимули и в крайна сметка той ще го игнорира. Някои учени предполагат, че поведението на мухъл може дори да хвърли светлина върху произхода на интелигентността.

При някои условия плазмодият ще произведе дръжка, която разпръсква клетките, за да се превърнат в нови слузести плесени, но за да направят това, някои отделни клетки в дръжката трябва да се жертват за доброто на бъдещите поколения.

„Това е поведение, което хората изглежда не правят“, казва професор Добро. "И имам предвид не само саможертвата за бъдещите поколения, но дори и мисленето за бъдещите поколения."


Виждайки красивата интелигентност на микробите

Слузената плесен Physarum polycephalum образува мрежа от цитоплазмени вени, докато се разпространява по повърхността.

Всички изображения от Скот Чимилески и Роберто Колтер (освен където е посочено)

Автори
Джон Рени
Луси Рединг-Иканда

Интелигентността не е качество, което да се приписва с лека ръка на микробите. Няма причина да се мисли, че бактериите, слузестите плесени и подобните едноклетъчни форми на живот имат осъзнаване, разбиране или други способности, заложени в реалния интелект. Но особено когато тези клетки общуват в голям брой, се появяват техните изумителни колективни таланти за решаване на проблеми и контролиране на околната среда. Това поведение може да бъде генетично кодирано в тези клетки от милиарди години еволюция, но в този смисъл клетките не са толкова различни от роботите, програмирани да реагират по сложни начини на околната среда. Ако можем да говорим за изкуствен интелект за втория, може би не е твърде скандално да се позоваваме на недооценения клетъчен интелект на първия.

Под микроскоп невероятното упражнение на колективната интелигентност на клетките се разкрива с невероятна красота. От 1983 г. Роберто Колтер, професор по микробиология и имунобиология в Harvard Medical School и съдиректор на Инициативата за микробни науки, ръководи лаборатория, която изучава тези явления. През последните години разработи и техники за визуализирането им. В книгата с фотографски есета Живот на ръба на погледа: фотографско изследване на света на микробите (Harvard University Press), издаден през септември, Колтер и неговият съавтор Скот Чимилески, научен сътрудник и специалист по изображения в неговата лаборатория, предлагат оценка на микроорганизмите, която е едновременно научна и художествена, и която дава представа за клетъчните чудеса, които буквално са под краката. Изображения от лабораторията също са изложени в изложбата Свят в капка в Харвардския музей по естествена история. Тази изложба ще бъде затворена в началото на януари, но ще бъде последвана от по-широка изложба, Микробен живот, планирано да отвори през февруари.

Споделете тази статия

Копирано!

Бюлетин

Доставете Quanta Magazine във входящата си кутия

Голямо увеличение на слизестата форма Physarum polycephalum показва как цитоплазмата изпомпва яростно през огромната си единична клетка. Този цитоплазмен поток позволява на слузеста плесен да се изтласква напред към хранителни вещества и потенциално да покрива повърхността.

Слузената плесен Physarum polycephalum понякога изобщо не се квалифицира като микроорганизъм: Когато се стича през листата на горския под по време на активния, амебоиден етап от жизнения си цикъл, може да изглежда като локва от жълтеникава слуз между инч и метър в диаметър. Но въпреки размера си, Physarum е огромна единична клетка, с десетки хиляди ядра, плаващи в непрекъсната маса от цитоплазма. В тази форма, Physarum е изключително ефективен ловец. Когато сензорите на клетъчната му мембрана открият добри източници на хранителни вещества, контрактилни мрежи от протеини (тясно свързани с тези, намиращи се в човешкия мускул) започват да изпомпват потоци от цитоплазма в тази посока, придвижвайки слузеста плесен към това, от което се нуждае.

Но Physarum не е просто рефлекторно насочване към храна. Докато се движи в една посока, сигналите, предавани в клетката, я обезкуражават да тласка контрапродуктивно по по-малко обещаващи маршрути. Освен това, слузестите плесени са развили система за основно картографиране на техния терен и запомняне къде да не отиват: докато се движат, те оставят след себе си полупрозрачна химическа следа, която им казва кои области не си струва да се преразглеждат.

След Physarum изследва дадена област и открива, че в нея липсват хранителни вещества, оставя след себе си химическа следа като вид външен спомен, който казва на слузевата плесен да не се връща там.

Когато бактериите бяха наблюдавани за първи път през микроскоп, суспендирани в течност върху предметни стъкла, в своята простота те изглеждаха като архетипи на примитивни, самотни клетки. Истината обаче е, че в дивата природа повечето бактерии са силно стадни. Някои бактерии наистина плуват в средата си като самотни индивиди, но повечето бактериални клетки - и повечето видове бактерии - предпочитат да живеят в компактни общества, наречени биофилми, закотвени към повърхности. (Индивидуалните плувци често представляват издънки от биофилми, които се стремят да колонизират нови места.)

В сканираща електронна микрофотография с голямо увеличение на a Pseudomonas aeruginosa биофилм, отделните пръчковидни бактерии са свързани помежду си с подобни на косми структури, наречени пили. бацил бактериите отделят извънклетъчен матрикс, който обвива клетките и им помага да образуват по-структурирана общност.

Роберто Колтер и Стив Мински (бацил)

Освен това биофилмите не са просто плътни натрупвания от бактериални клетки. Те имат сложни функционални структури, отвътре и отвън, които служат на колективната съдба на клетките, както може да се види на изображенията по-долу на Pseudomonas aeruginosa. Биофилмът е оцветен с конго червено багрило, което се свързва с протеините на извънклетъчния матрикс, които бактериите отделят като скеле за тяхната общност. Дълбоко набръчканата повърхност на биофилма увеличава максимално площта, през която бактериите могат да абсорбират кислород, а също така вероятно им помага да събират хранителни вещества и ефективно да отделят отпадъчни продукти.

Като това Pseudomonas биофилмът се разширява, той развива по-сложна вътрешна структура. Бактериите в различни части от масата си могат също да развият по-специализирани функции.

В рамките на биофилма бактериите разделят работата по поддържането на колонията и се диференцират във форми, специализирани за тяхната функция. В този биофилм на обикновената почвена бактерия Bacillus subtilis, например, някои клетки отделят извънклетъчен матрикс и се закотвят на място, докато някои остават подвижни клетки в краищата на биофилма може да се разделят за растеж, докато други в средата освобождават спори за оцеляване в тежки условия и колонизиране на нови места.

Набръчканата структура на това Bacillus subtilis биофилмът помага да се гарантира, че всички бактерии в него имат достъп до кислород (вляво). Цифров сканиран модел на биофилма помага да се илюстрира как бактериалната общност може да променя структурата си в три измерения (вдясно).

Някой може да се чуди защо естественият подбор би предпочел това колективно поведение вместо по-разпространения индивидуализъм сред клетките. Част от отговора може да бъде това, което еволюционните теоретици наричат ​​приобщаваща годност: доколкото бактериите в биофилма са свързани, индивидуалните жертви се компенсират от увеличаването на годността на милионите братовчеди на всяка клетка. Но също така може да се окаже, че всяка роля в биофилма има своите предимства: клетките на ръба са най-изложени на опасности и трябва да се възпроизвеждат яростно, за да разширят биофилма, но също така имат достъп до най-много хранителни вещества и кислород. Клетките отвътре зависят от другите за жизненоважните си дажби, но могат да оцелеят по-дълго.

Повърхностите, върху които растат биофилмите, не винаги са твърди. Тези B. subtilis образуват пеликула - вид плаващ биофилм на интерфейса между вода и въздух. Генетичните пътища, участващи в образуването на пеликула, са по същество същите като тези, използвани при отглеждането на камъни, въпреки че те могат да реагират на промените в тяхното местообитание, като променят точния микс от протеини в извънклетъчния матрикс, ако е необходимо.

Бактериите могат да растат и върху нетвърди повърхности, като това B. subtilis култура се проявява чрез образуване на пеликула или плаващ биофилм през интерфейса въздух-течност в чаша.

Експанзивният растеж не е единственият начин, по който микробните общности могат да се движат. По-долу, B. subtilis участва в поведение, наречено дендритно роене, при което клетките бързо се избутват навън в разклонени колони, които могат ефективно да проправят повърхност. Биофилмите се роят, когато открият, че се намират в среда, богата на хранителни вещества: Роенето помага на биофилма да експлоатира тази ценна територия преди конкуриращите се общности.

Настъпват поне две важни промени в диференциацията на клетките в биофилма, за да се даде възможност за роене. Първо, подвижните клетки по периферията на филма развиват допълнителни флагели, което им позволява да плуват по-енергично. Второ, някои крайни клетки също започват да отделят повърхностно активно вещество, хлъзгав материал, който помага на подвижните клетки да се плъзгат по-бързо по повърхността.

Когато биофилмите растат в плоски лабораторни съдове, дендритните колони на роящите се биофилми остават ясно различими: те се простират и навиват един в друг, но не се пресичат. Това изглежда е отчасти, защото повърхностноактивното вещество се натрупва около клоните на биофилма като бариера. По подобен начин някои бактерии могат да се роят в по-терасовидни структури при лабораторни условия. Какви са последиците от тази опция за бактериите в природата все още е загадка.

Тези бактерии участват в поведението, наречено дендритно роене, което позволява на микробната общност да се разшири бързо в желани, богати на ресурси среди.

Друг тип поведение, демонстрирано от биофилмите, растящи в лабораторни условия, е спирална миграция, демонстрирана във видеозаписа за времетраене по-долу на Bacillus mycoides. Тези бактериални клетки растат в дълги вериги или нишки, които се извиват по посока на часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка. Специфичните предимства на това спираловидно движение все още се разследват, според Химилески, но те трябва да са значителни, т.к. B. mycoides се отличава с превземането на наличните среди. “Bacillus mycoides е един от най-лесните бактериални видове за култивиране от почвата“, обясни той. Когато учените изолират микробите от почвата и ги отглеждат върху съдове с агар, особено при стайна температура, „ микоиди често се разпространява по цялата чиния и изпреварва всички други организми. Поради тази причина се счита, ако нещо друго, за вид „неудобен вид“ за много микробиолози.

Тези геометрични и вероятно функционални модели, които биофилмите произвеждат в културата, са интригуващо красиви. И все пак Химилески отбелязва, че има още много за откриване, когато става въпрос за превод на поведението, наблюдавано в лабораторията, към естествените микробни общности.

Химилески посочва, че „повечето естествени биофилми са многовидови екосистеми и клетките в естествените биофилми обикновено растат по-бавно“. He continued, “I like to think of the way we grow bacteria in a petri plate, where a single species is by itself and has everything it needs to grow at optimal temperatures, as ‘turning up the volume’ on the biology of the organism.” Under laboratory conditions, researchers can study which genes are involved in complex multicellular behaviors and they can measure the benefits to the fitness of the bacterial species. But in natural environments, biofilms don’t usually get to form exactly the same patterns as in the lab because of limited nutrients or competition with other species. “So the same biology might be occurring on a particle of soil in your backyard at smaller size scales and over longer time periods,” he said, even if it is less easy to visualize.

Spiral migration is a behavior favored by the highly successful soil bacterium Bacillus mycoides. Communities of these cells expand by forming long filaments of cells that coil either clockwise or counterclockwise — an orientation that is strain-specific and genetically determined.

Biofilm behaviors testify to the capacity and openness of bacterial to form collectives — but that openness has limits, as shown in this culture with several cohabiting biofilms. Here, adjacent biofilms that consist of the same bacteria or closely related strains comfortably merge. But the adjacent biofilms made up of more divergent bacteria keep themselves distinct and may even try to eliminate or control each other.

Biofilms are so intolerant of other strains and species because they invest considerably in the production of surfactant, extracellular matrix and other molecules that bacteriologists classify as public goods — ones that the bacteria secrete for other members of their community. The bacteria guard these jealously because unrelated freeloading cells could benefit strongly by using them first.

Biofilms rebuff such freeloaders in different ways. Например, на B. subtilis colonies in this image adopt a strategy of “kin discrimination,” in which they secrete antibiotic compounds that are toxic to other species but not to their own. Протей мирабилис bacteria defend their interests in a different way based on “self-recognition”: The P. mirabilis biofilms examine encroaching cells, stab any from a different species with a spearlike structure and inject them with poisons that will kill almost all but closely related species.

Several different strains of B. subtilis grow side by side in this dish. Because the biofilms discriminate against dissimilar strains of bacteria, they may merge compatibly with close relatives but form boundaries against others.

The colors appearing in the biofilm culture of Streptomyces coelicolor in the video below reflect natural pigments that the bacteria produce. The value of the pigments for the biofilms is not entirely clear, but it is probably not tied to their color. Rather, these pigment molecules are often bioactive in various ways. “The blue pigment seen in this video is actinorhodin, which is technically an antibiotic,” Chimileski said, but added that the term is misleading in this context. “Killing or growth inhibition usually occurs only at very high concentrations relative to what is out in nature.” For that reason, he said, there is “an emerging view that killing is probably not the ecological function of many or most antibiotics. Rather, these bioactive molecules act as signals or developmental cues” to other cells.

That view is echoed in a note from Gleb Pishchany, another research fellow in Kolter’s laboratory who studies how diverse types of bacteria cohabit. “An intriguing possibility is that in natural ecosystems, Streptomyces use pigments and other bioactive molecules” at “lower concentrations as signals that are exchanged among multispecies microbial communities,” he wrote. The pigments may help cohabiting assortments of bacteria rein in one another’s less neighborly instincts, and thereby maintain a more cooperative and fruitful communal existence.

In this powdery colony of Streptomyces coelicolor, the pigmentation comes from actinorhodin, a molecule with antibacterial effects. Biofilms may use bioactive pigments as signals for controlling the behaviors of other microorganisms in their shared environment.

These striking photographs of microbe communities were captured by DSLR cameras. Chimileski collects his still images with macro lenses while working at the bench, while the videos are made in an incubator dedicated to time-lapse microscopy. He sets the camera to snap a picture every 10 minutes, although he increases the frequency to every minute or two for behaviors happening more quickly, such as the movements of slime molds. As a result, the movements of the microbes in these videos are typically accelerated between 5,000 and 50,000 times their actual speeds. Chimileski does not use false color to beautify the images: Aside from using dyes to stain the extracellular matrix in some cultures, he shows the natural coloration of the microorganisms.

Chimileski typically grows bacterial colonies at 30°C, a temperature at which he can collect images of slower growing species for several weeks. Although the heat and humidity suited to biofilm growth are less than ideal for cameras, he said the equipment is rated for more extreme conditions. The few cameras that have malfunctioned did so for a mechanical reason: The number of shots that he needs to document microbial behaviors is so large that the shutters on the cameras eventually break down after hundreds of thousands of clicks.


Complex structures' organization studied in slime mold

Researchers in Japan think they have found an answer to the fundamental biological question of how individual cells know which way to position themselves within a complex, multicellular body. Depending on a cell's purpose in the larger structure, contact or diffuse chemical signals direct it to its final destination.

The journey from egg and sperm to a fully grown body requires more than just multiplication. Plants, animals, and people are all made of trillions of cells, carefully organized into larger structures like tissues and organs. Somehow, each cell knows where it belongs -- the left side of the heart, the inner lining of the colon, and so on -- and generally stays put.

"It's close to impossible to dissect what's happening while cells position themselves in multicellular organisms because there are so many players: different cell types, different molecules inside cells, different chemical signals outside the cells, cell growth, programmed cell death," said Professor Satoshi Sawai from the University of Tokyo, an expert in biological physics, a field that uses the principles of physics to understand living systems.

The slime mold system

Slime molds provide a simpler system to understand cell positioning. Slime molds are amoebas, but are similar in size and shape to human white blood cells and share the fundamental aspects of cell dynamics, such as migration and engulfment of disease-causing pathogens.

Individual cells of the slime mold Dictyostelium discoideum can exist independently, living freely in the soil and eating bacteria and fungi. When food is scarce, independent slime mold cells clump together and function as a multicellular organism.

When slime mold cells clump together, sometimes 100 cells, other times 10,000 cells, they differentiate into two distinct types.

The first type, pre-stalk cells, eventually forms a column that supports a sphere composed of the second type, pre-spore cells. Researchers call this two-part structure a fruiting body. The pre-stalk cells will die as the pre-spore cells eventually float off in the wind to a better environment where they can grow and divide again as independent amoebas.

Inside the clump, before the fruiting body takes shape, cells attach to form long trains and swirl around, immersed in a chemical signal that they secrete. First identified in the 1970s, this diffusive chemical, called cAMP, attracts cells.

Traditionally, the degree of attraction to cAMP signals was thought to separate the cells into pre-stalk and pre-spore cells. More recent genetic experiments revealed, however, that molecules related to adhesion, or cell-to-cell touch, may also be important.

"What's great about slime mold is that you can take individual cells out of the larger structure and they still do their thing by behaving naturally in a relatively simple setup that mimics the multicellular environment," said Sawai.

Two types of signals

In their new experiments, the researchers took cells out of a multicellular clump and tracked how the individual cells migrate in response to artificial touch and cAMP signals.

When cell trains formed, the leader cell moved in the direction of cAMP. The follower cells were not pulled along, but rather actively pushed leader cells forward.

"Cell-cell contact activates processes for cell movement. The follower cells are the engine and the leader cells are the steering wheel, always pointing in the direction of the chemical signal," said Sawai.

Researchers also placed individual pre-stalk or pre-spore cells with beads coated with an adhesion molecule that appears to function in the tail end of cells. All cells attached to follow the bead as in a cell train. Researchers then added cAMP to the experiment. Pre-stalk cells released the bead and moved towards the cAMP source. Pre-spore cells, however, ignored cAMP and held fast to the bead.

Sawai's research team demonstrated that head-to-tail touch between cells directs their migration, but cAMP somehow overrides this contact only in pre-stalk cells.

"Many people think you have to go to Mars to look for the fundamental rules of what makes life. But we can look at all the still-unexplored branches of the tree of life here on Earth. Slime mold gives us hints at what to look for to understand the mechanistic logics underlying more complex species," said Sawai.

This discovery of the importance of cell-cell contact to activate cell movement and organization will open new possibilities to study cell-pattern formation in events such as embryo development or spread of breast cancer.

The results are published in the Известия на Националната академия на науките на Съединените американски щати.


Резюме

When aggregating amoebas of the cellular slime mold Dictyostelium discoideum are disaggregated and morphogenesis is reinitiated, the amoebas will reaggregate in less than 1 10 th the original time. When aggregating amoebas are disaggregated and resuspended either in full nutrient medium or in buffered salts solution containing dextrose, they retain this developmentally acquired capacity to rapidly reaggregate for approximately 1 hr and then lose it completely in a synchronous and discrete step which we have referred to as the “erasure event.” In this report, it is demonstrated that micromolar concentrations of cAMP completely block this transition from the developmental to vegetative state, and that other cyclic nucleotides also inhibit it, but they do so at 20-fold higher concentrations. Neither the hydrolysis products of cAMP nor the vegetative chemoattractant folic acid inhibit dedifferentiation at concentrations as high as 10 −3 М, demonstrating a specificity for cyclic nucleotides and cAMP in particular. The addition of cAMP at any time during the lag period preceding the erasure event inhibits it and addition immediately after the erasure event reverses it. Since cAMP may inhibit the transition from the developmental to vegetative state intracellularly or extracellularly, we have also examined the intracellular concentration of cAMP and the levels of cAMP binding sites on the cell surface during the erasure process. Evidence is presented that the majority of cAMP binding sites on the cell surface are not necessary for the inhibition of erasure by cAMP. The results of these latter studies are discussed in terms of alternative models for the involvement of cAMP in the transition from the developing to vegetative state.

This investigation was supported by Grant PCM 78-15763 from the National Science Foundation and Grant GM 25832 from the National Institutes of Health.

Robert Finney and Bernice Slutsky were trainees under Cellular and Molecular Training Grant GM 07228.


Reproduction in Protists

As far as protists reproduction process is concerned, some of these organisms are known to resort to asexual reproduction, while others resort to sexual reproduction. Discussed below are the details about how protists reproduce asexually and sexually. This will help you get a better understanding of the overall process of reproduction in members of Kingdom Protista.

Asexual Reproduction

Like other single-celled organisms, such as archaea and bacteria, asexual reproduction is the primary method of reproduction for protists. These organisms generally opt for binary fission method of asexual reproduction wherein a single parent produces an off-spring without having to depend on fertilization by another organism. In other words, the parent organism literally divides itself into two cells. As only one parent is involved, the newly formed organism inherits the genes of its parent and not from the two organisms as is the case in organisms which resort to sexual reproduction.

While binary fission is predominant method of asexual reproduction in single-celled protists, there do exist some protists which resort to yet another method of asexual reproduction, i.e. reproducing by producing spores. Fungus-like slime molds and water molds are apt examples of protists which resort to spore form state to make the reproduction possible. These protists produce spores and release them in the air. These spores, in favorable conditions, eventually hatch into amoeba-like cells, which grow by feeding on bacteria, and mate when they encounter the correct mating type to form zygotes.

Полово размножаване

It was initially believed that protists only reproduce asexually, however recent studies have revealed that they also resort to sexual reproduction, especially under stressful conditions. When there is extreme environmental stress, which makes survival difficult, some protist organisms exchange genetic material with the intention of producing an off-spring which will have the ability to survive in the prevailing extreme environment. In case of sexual reproduction, the two organisms involved go through the process of meiosis wherein a reproductive cell with half the set of DNA belonging parent, known as gamete, is created. Further when the gametes of two parent organisms come in contact, a zygote is formed. This zygote has a full set of DNA, courtesy half a set of DNA from either parent.

While that was all about the reproduction process, there also exist several other facets of their lives that we are not aware of. It may come as a surprise for many, but we do come in direct contact with various protists which act as pathogens in our body. One of the best example of the same is Plasmodium falciparum, the protozoan parasite which causes malaria. Taking that into consideration, study of protists and the role they play in the environment becomes all the more interesting – as well as important.


Гледай видеото: Коварный враг: плесень-убийца (Юни 2022).


Коментари:

  1. Brone

    Жалко, че сега не мога да изразя - няма свободно време. Ще се върна - задължително ще изразя мнението си по този въпрос.

  2. Vogis

    Thanks to the author, keep making us happy!

  3. Avraham

    I apologize, but this variant does not suit me.Кой друг може да диша?

  4. Atyhtan

    Добре, много ви благодаря за помощта по този въпрос.

  5. D'anton

    Many thanks for the help in this question, now I will not commit such error.

  6. Jarid

    Това е всичко нереалистично !!!!



Напишете съобщение