Бактерії - королі дощу

Як і чому нам на голову падає дощ, ми, без сумніву, знаємо. Але ось чому з неба разом з дощем іноді падають також різні тварини, до ладу не знає ніхто, навіть всезнаючі вчені. Зате вони знають, що іноді викликати дощ або сніг можуть бактерії. І аж ніяк не для власної розваги: для мікроорганізмів це питання життя і смерті.

Фото: AP

Разом з тим дощ з тварин - явище, помічене і описане в багатьох країнах в багато часи, починаючи з давніх-давен і до наших днів. І оскільки ці повідомлення численні і не залежні один від одного, їх можна вважати надійними. Так, журнал "Сайнтіфік Амерікан" 15 січня 1877 року повідомив про зливі з змій довжиною до 45 сантиметрів.

У Сполучених Штатах у XIX столітті були зареєстровані більше п'ятнадцяти дощів з тварин. Уже в XXI столітті преса повідомляла про таких дощах: з креветок - в Австралії, з риб - в Греції, з павуків - в Аргентині, з жаб - в Іспанії.

Вчені висувають як найбільш вірогідна причина цього явища водяні смерчі або торнадо, які здатні переносити тварин завдяки комбінації зниженого тиску і сили вітру в таких смерчах. За цією гіпотезою, земні тварини і риби піднімаються з поверхні і силою вітру транспортуються на великі висоти, а потім скидаються на землю.

Зрозуміло, що чим легше живі істоти, тим простіше підняти їх на велику висоту. Тому нікого, напевно, не здивує повідомлення про те, що недавно в атмосфері були виявлені і бактерії. Як не здивує і повідомлення, що ці бактерії випадають назад на землю разом зі снігом або дощем.

Читайте також: "Бактеріальна поліція" бореться з дармоїдами

Але ось що, напевно, здивує багатьох, так це повідомлення, що такий дощ або сніг бактерії породжують самі - як ніби вони "свідомо" прагнуть повернутися вниз. Виникає питання: як і навіщо вони це роблять, ці найпростіші, примітивні організми?

Але почнемо спочатку. Той факт, що випадання опадів - через прискорення конденсації - можуть сприяти деякі неорганічні частинки, начебто сажі, був відомий давно. Не випадково для стимулювання дощу часом використовують розпорошення в хмарах частинок йодистого срібла або сухого льоду. Але виявляється, що деякі бактеріальні клітини теж можуть прискорювати випадання опадів, причому тим же шляхом - прискорюючи конденсацію вологи.

Фото: AP

Тільки в цьому випадку центрами такої конденсації (або кристалізації, якщо мова йде про випаданні снігу) є не якісь тверді частинки, а білки. Так, наприклад, одна з найпоширеніших "дождеобразующіх" бактерій Pseudomonas syringae має на своїй поверхні білок, який зв'язує молекули води в структури, що імітують кристалічну решітку, що дозволяє кристалики льоду утворюватися при кілька більш високій температурі, ніж зазвичай. Коли ці "бактеріальні кристали" випадають з хмар, вони як раз і утворюють сніг або, растаівая, дощ. А всередині кожної сніжинки або краплі планує на землю бактерія.

Вчені довго не могли повірити в те, що це можливо. Але коли спеціальні експедиції вже в ХХI столітті досліджували зразки снігу в 19 місцях по всій земній кулі, вони всюди виявили білки, які виявилися високоефективними центрами кристалізації льоду. Це цікаве відкриття підтвердило гіпотезу, висловлену в 1998 році англійським біологом-еволюціоністів Вільямом Гамільтоном. Той виходив з уявлення, що серед життєвих пріоритетів організму третє місце, після виживання і розмноження, займає поширення, освоєння нових екологічних ніш, і, отже, нових життєвих просторів.

Таке розосередження дає увазі великі вигоди. І якщо бактерії теж підкоряються цьому біологічного імперативу, вони можуть - в силу своєї легкості - використовувати для свого поширення також атмосферу. Піднімаючись в небо, вони переносяться повітряними потоками, а потім знову опускаються на землю в якомусь випадковому новому місці. Але на цьому шляху у них є серйозна перешкода - в небо-то їх піднімуть будь-які потоки повітря, а ось як повернутися назад?

Гамільтон припустив, що мікроорганізми долають цю перешкоду, випадаючи на землю разом з опадами, утворення яких вони сприяють як центри конденсації або кристалізації. І ось тепер ця гіпотеза підтвердилася. Більш того, згадані вище дослідження конкретизували механізм, за допомогою якого бактерії прискорюють випадання.

Можна було б на цьому закінчити, порівнявши такі "дождеобразующіе" бацили з героєм відомого роману Джона Грішема "Rainmaker" ( "Зухвалий дощ"). Але таке порівняння було б некоректним. Слово Rainmaker означає в американському побуті співробітника, який приносить фірмі великі доходи (в романі Грішема це щасливий адвокат), і недарма в російській перекладі книга так і названа "Золотий дощ".

Тим часом мікроорганізми, що викликають дощ, - це в переважній більшості випадків фітопатогенні організми, тобто, простіше кажучи, шкідники рослин. І їх повітряні мандрівки - частина особливого життєвого циклу, який дозволяє їм знаходити все нові і нові місця задоволення своєї ненажерливості.

Фото: AP

Дослідники розібралися в цьому на прикладі згаданої вище бактерії Pseudomonas syringae. Виявилося, що завдяки певному гену, випадково набутому в ході еволюції, ця бактерія отримала здатність створювати на своїй поверхні білки, які можуть служити центрами кристалізації льоду навіть при невеликому зниженні температури повітря. Ці кристали льоду протикають мембрану рослинних клітин, на яких поселяються їх носії, і тоді мікроорганізми отримують доступ всередину клітини, де знаходять собі багату поживу. Завдяки цьому вони швидко розмножуються, утворюючи колонії на поверхні зіпсованого листа або стебла.

Після, висихаючи, ці колонії перетворюються в аерозолі, які піднімаються вгору з потоками теплого повітря. Вітри переносять їх в інші місця, і, завдяки своїй здатності служити центрами кристалізації льоду мікроорганізми викликають опади, які знову опускають їх на землю. Тут бактерії потрапляють на здорові рослини потрібного їм виду - і цикл починається спочатку.

Жертвами цих підступних мікроорганізмів часто стають важливі сільськогосподарські рослини, і тому фермери чекають від науки засобів боротьби з такими штучними "ранніми заморозками". І, здається, наука незабаром дійсно зможе прийти на допомогу. Незважаючи на те, що природний відбір закріпив в дождеобразующіх бактеріях той ген, який дає їм таку вигідну для виживання здатність, останні молекулярні дослідження показали, що у деяких Pseudomonas syringae в цьому "вигідному" гені є мутація, яка робить поверхневі білки не здатними приєднувати молекули води і викликати утворення крижаних плівок.

Читайте також: Сальмонела нам не ворог, а друг

Так що тепер вчені шукають шляхи створення таких бактерицидів, які б штучно викликали у шкідливих бактерій таку ж мутацію, перетворюючи бактеріальних "рейнмейкеров" в нешкідливі види. Будемо сподіватися, що їм це вдасться ...

Читайте найцікавіше в рубриці " Наука і техніка "