Почти разумная плесень: как устроена желтая слизь

Раньше было проще: считалось, что весь живой мир можно четко разделить на царства вирусов, бактерий, животных и растений. Только во второй половине ХХ века обнаружилось, что одноклеточные лишенные ядра археи похожи на бактерий даже меньше, чем на нас с вами, и что грибы никак нельзя считать «простейшими растениями», лишенными хлоропластов. Но и это оказалось только началом: впоследствии и некоторых представителей грибов пришлось выделить в небольшие, но вполне самостоятельные царства. К сегодняшнему дню некогда простое и наглядное «древо жизни» сильно запуталось, и положение слизевиков на нем остается весьма неопределенным.

Обычно их относят к группе грибоподобных организмов, отдельному типу внутри эукариот, за которым сохранилось традиционно «грибное» название миксомицетов (Mycetozoa). Его причисляют то к одному, то к другому царству живого, обычно сближая с амебами. Эта путаница, впрочем, чувствовалась в слизевиках всегда. Она видна и в необычном звучании их русских названий: «волчье молоко», «муравьиное масло»... Экзотически выглядят и биологические наименования миксомицет – трихия обманчивая, дождевиковый энтеридиум, муцилаго корковый, ломкий леокарпус и т.п.

Впрочем, внутреннее строение и образ жизни этих существ вполне соответствуют их странным именам. Сегодня известно более 900 видов миксомицетов, и все они на одной из стадий своей жизни существуют в виде плазмодия – единой гигантской клетки, наполненной тысячами, а то и миллионами отдельных ядер с разными геномами. У некоторых миксомицетов плазмодий не вырастает больше нескольких миллиметров, у других может достигать десятков сантиметров и даже метров.

Physarum polycephalum двигается со скоростью несколько сантиметров в час: вытягивая «ложноножки», их гигантские клетки медленно перемещаются, всасывая свою мертвую пищу. Как и настоящие грибы, миксомицеты замыкают пищевые цепочки, разрушая останки живых существ и возвращая их биомассу в круговорот. Как и другие деструкторы, они обожают гнилостную сырость: такую слизь легко встретить под слоем прелых листьев, в расщелинах упавших стволов, в густой траве и так далее.

Впрочем, слизевики не брезгуют всем, что попадется на пути, включая клетки простейших и бактерий, грибные споры и прочую мелочь. Распространены они повсеместно, но в широколиственных лесах особенно многочисленны – недаром инсталляция в Парижском зоопарке воспроизводит именно условия гниющей лесной подстилки. Исчерпав запасы пищи на месте, слизевик может выползти на свет и перейти к следующей жизненной стадии. Плазмодий покрывается довольно твердой оболочкой, под которой начинает мейотическое деление с образованием мириадов отдельных спор, разносимых ветром.

У некоторых спороношение устроено сложнее, появляются вытянутые ножки и «плодовые тела», похожие на настоящие грибы. Спороносные структуры миксомицетов так необычны и разнообразны, что большинство их видов различают именно по их морфологии. Споры могут долго – иногда годами и десятками лет – сохраняться в среде до наступления благоприятных условий. Но, почувствовав влагу, они начинают быстро прорастать. Оболочка разрывается, и из нее выбираются подвижные зооспоры, несущие жгутики или способные двигаться на манер амебы. Слившись, они дадут начало новому плазмодию.

Говоря о великом множестве полов P. polycephalum, работники Парижского зоопарка несколько упрощают: у слизевиков нет полов в привычном понимании. Способность их спор объединяться определяется тремя генами, matA, matВ и matС, имеющими по 16, 15 и 3 вариантов – перемножив, мы и получим 720 генетических разновидностей, которые могут сливаться, давая жизнь новому плазмодию P. polycephalum. При этом слияние может происходить как между спорами, появившимися из одной материнской клетки, так и между потомками разных организмов.

Рассматривая плазмодий под микроскопом, можно видеть, что все одноклеточное тело ритмично пульсирует: миниатюрные трубочки и структуры сокращаются и снова расслабляются, стимулируя движение жидкости и растворенных в ней веществ. За счет этой пульсации цитоплазма достигает самых отдаленных участков крупной клетки, и миксомицету удается координировать ее работу и поведение. Механизмы такой координации пока неизвестны, хотя многие специалисты связывают ее с движением ионов кальция через мембрану.

Эта координация сделала слизевиков P. polycephalum популярными модельными организмами для лабораторных исследований. Широко известными стали работы японских и британских биологов, которые показали, что если кусочками лакомства (в данном случае – овсяными хлопьями) имитировать расположение крупных городов страны, то P. polycephalum довольно быстро охватит их сетью своего плазмодия, причем расположение его нитей повторит сеть дорог, выстроенных между теми же городами людьми.

P. polycephalum даже могут находить путь к пище в специально устроенном лабиринте, – и, строго говоря, такие эксперименты говорят о способности слизевика решать известную математическую задачу коммивояжера. Однако большого ума для этого не требуется: миксомицет перебирает все возможные варианты, вытягивая ножки по ответвлениям лабиринта, пока не доберется к цели и не «нащупает» кратчайшую дорогу до нее, после чего втянет лишние отростки. Так что говорить о разумности желтой слизи вряд ли стоит.

Однако P. polycephalum демонстрируют и другие элементы полноценного «мышления», включая память. Французские ученые отделили лакомый для слизевиков овес преградами из неприятных веществ – кристаллов кофеина или соли. Поначалу плазмодий избегал такие участки, однако со временем обнаружил за ними источники пищи – и стал охотно прорастать в ее направлении. Со временем слизевик адаптировался к этому препятствию, «запомнил» его и в следующие разы преодолевал быстрее. Более того, если такая обученная клетка сливалась с другими необученными (наивными, как говорят биологи), то новому организму передавались нужные «воспоминания».

Реакции миксомицетов просты, – тем не менее, их вполне достаточно для того, чтобы рассматривать слизевиков в качестве базовых деталей живого компьютера, сложенного из клеточных логических элементов. Теоретически такая возможность была продемонстрирована уже достаточно давно, хотя на практике реализовать ее пока что не получается. Тем не менее, ученые продолжают экспериментировать с «разумной плесенью», а следом идут и художники. Рекомендуем заглянуть на сайт Хизер Барнетт (Heather Barnett), которая уже не первый год снимает красивейшие ролики, главную роль в которых играет желтый плазмодий P. polycephalum.