Στους ανθρώπους, οι επαναλαμβανόμενες συναντήσεις με μια μεγάλη ποικιλία ερεθισμάτων μπορούν να ενεργοποιήσουν ξανά συγκεκριμένους νευρώνες για να παράγουν μακροπρόθεσμες μνήμες. Σε νέα έρευνα, βιολόγοι του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Όστιν ανακάλυψαν μια μνήμη πολλών γενεών στην κινητικότητα σμήνους των βακτηρίων Escherichia coli. Διαπίστωσαν ότι τα Escherichia coli χρησιμοποιούν τα επίπεδα σιδήρου ως έναν τρόπο αποθήκευσης πληροφοριών σχετικά με διαφορετικές συμπεριφορές, οι οποίες μπορούν στη συνέχεια να ενεργοποιηθούν ως απάντηση σε συγκεκριμένα ερεθίσματα.

Τα σπονδυλωτά χρησιμοποιούν το νευρικό τους σύστημα για την ταχύτερη λήψη αποφάσεων αποθηκεύοντας πληροφορίες σχετικά με τις προηγούμενες εμπειρίες τους.

Η διαδικασία αποθήκευσης και ανάκτησης πληροφοριών ονομάζεται μνήμη, η οποία μπορεί να αποθηκευτεί από μερικά δευτερόλεπτα έως αρκετά χρόνια.

Μια ισχυρότερη μνήμη μπορεί να επιδράσει στο σύστημα μέσω της «κλιμάκωσης» - μιας διαδικασίας κατά την οποία επαναλαμβανόμενες συναντήσεις με ένα ερέθισμα μπορούν να συνδεθούν σταθερά με μια συγκεκριμένη αντίδραση, μειώνοντας δραστικά το χρόνο λήψης αποφάσεων.

Οι βιολόγοι είχαν παρατηρήσει προηγουμένως ότι τα βακτήρια που είχαν προηγούμενη εμπειρία σμηνουργίας (μετακινούνται σε μια επιφάνεια ως συλλογικότητα χρησιμοποιώντας τις μαστίγιες) βελτιώνουν τις επακόλουθες επιδόσεις σμηνουργίας.

Βακτήρια χωρίς εγκέφαλο, αλλά με μνήμη

Ο ερευνητής Souvik Bhattacharyya του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Όστιν και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν να μάθουν το γιατί.

«Τα βακτήρια δεν έχουν εγκέφαλο, αλλά μπορούν να συλλέγουν πληροφορίες από το περιβάλλον τους, και αν έχουν συναντήσει συχνά αυτό το περιβάλλον, μπορούν να αποθηκεύουν αυτές τις πληροφορίες και να έχουν γρήγορη πρόσβαση σε αυτές αργότερα προς όφελός τους», αναφέρει στη μελέτη ο Δρ Bhattacharyya.

«Όλα επιστρέφουν στον σίδηρο, ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία στη Γη. Τα μεμονωμένα και τα ελεύθερα επιπλέοντα βακτήρια έχουν διαφορετικά επίπεδα σιδήρου».

Οι συγγραφείς παρατήρησαν ότι τα κύτταρα Escherichia coli με χαμηλότερα επίπεδα σιδήρου ήταν καλύτεροι σμηνίτες.

Αντίθετα, τα βακτήρια που σχημάτιζαν βιοφίλμ, πυκνούς, κολλώδεις τάπητες βακτηρίων σε στερεές επιφάνειες, είχαν υψηλά επίπεδα σιδήρου στα κύτταρά τους.

Τα βακτήρια με ανοχή στα αντιβιοτικά είχαν επίσης ισορροπημένα επίπεδα σιδήρου.

Αυτές οι μνήμες σιδήρου παραμένουν για τουλάχιστον τέσσερις γενιές και εξαφανίζονται από την έβδομη γενιά.

«Πριν υπάρξει οξυγόνο στην ατμόσφαιρα της Γης, η πρώιμη κυτταρική ζωή χρησιμοποιούσε το σίδηρο για πολλές κυτταρικές διεργασίες», επισημαίνει ο Δρ Bhattacharyya.

«Ο σίδηρος δεν είναι κρίσιμος μόνο για την προέλευση της ζωής στη Γη, αλλά και για την εξέλιξη της ζωής και είναι λογικό τα κύτταρα να τον χρησιμοποιούν με αυτόν τον τρόπο».

Οι ερευνητές θεωρούν ότι όταν τα επίπεδα σιδήρου είναι χαμηλά, οι βακτηριακές μνήμες ενεργοποιούνται για να σχηματίσουν ένα ταχέως κινούμενο μεταναστευτικό σμήνος για να αναζητήσουν σίδηρο στο περιβάλλον.

Όταν τα επίπεδα σιδήρου είναι υψηλά, οι αναμνήσεις υποδεικνύουν ότι το περιβάλλον αυτό είναι ένα καλό μέρος για να παραμείνουν και να σχηματίσουν ένα βιοφίλμ.

«Τα επίπεδα σιδήρου είναι σίγουρα ένας στόχος για θεραπευτική αγωγή, επειδή ο σίδηρος είναι σημαντικός παράγοντας για την ιογένεια», σημειώνει ο Δρ Bhattacharyya.

«Σε τελική ανάλυση, όσο περισσότερα γνωρίζουμε για τη συμπεριφορά των βακτηρίων, τόσο ευκολότερη είναι η καταπολέμησή τους».

Η εργασία της ομάδας δημοσιεύθηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences.