Inteligencja bakterii polega na dobieraniu adekwatnych, celowych zachowań w pojedynkę oraz na zdolności do komunikacji, która pozwala na kooperację z innymi. Ten komplet umiejętności zaskakująco dokładnie pokrywa się z definicją inteligencji społecznej zaproponowaną przez Edwarda Thorndike'a w 1920r z tą tylko różnicą, że dotąd uważano, iż może się ona odnosić wyłącznie do ludzi...

Wszystkie zdolności podane we wstępie są prawdziwe bardziej, niż mamy odwagę głośno przyznać, ale do podstawowych umiejętności świadczących o inteligencji bakterii zaliczamy przede wszystkim:

• podejmowanie decyzji o tworzeniu przetrwalników w niesprzyjających  warunkach środowiskowych;
• komunikację przez tzw. quorum sensing, na podstawie której kolonia bakterii określa swoją gęstość i dostosowuje do niej dalsze działania. Ma to miejsce np. u bakterii infekcyjnych, czy Vibrio fischeri odpowiedzialnych za świecenie narządu kamuflażowo-wabiącego u kałamarnicy Euprymna scolope;
• celowe zmiany antygenów powierzchniowych przed wytworzeniem przez system obronny gospodarza odpowiednich przeciwciał, pozwalające patogenowi unikać rozpoznania i zabicia;
• synchroniczne poruszanie się całych kolonii bakterii śluzowych myxobacteria;
• wymianę materiału genetycznego, także między przedstawicielami różnych gatunków (można to porównać do nauki nowych umiejętności, które w takiej sytuacji bakteria nabywa - chodzi m.in. o wykorzystanie nowych związków pokarmowych, odporność na antybiotyki, toksyny i ofensywne czynniki zewnętrzne)
• podejmowanie wspólnej decyzji o formowaniu biofilmu, przegrupowania pod wpływem stresu (np antybiotyki, niedobór substancji pokarmowych) służące przeżyciu jak największej liczby osobników.

Jednak to nie wszystko, do czego te drobne istoty są zdolne. W 2007r zespół TT. Eckdahla wykorzystał zmodyfikowane szczepy E.coli do utworzenia biologicznego komputera i rozwiązania problemu matematycznego o fantazyjnej nazwie "Burnt Pancake Problem". W 2009r ten sam zespół w podobny sposób potraktował graf hamiltonowski, który stanowił duże wyzwanie dla konwencjonalnych komputerów. Mimo tego osiągnięto sukces.

P. vortex; Za: Eshel Ben-Jacob

A co ze wspomnianymi we wstępie szklarniami? Słowami Doktora K. Walerona z MWG UG-GUMed, "Sinice (...) umieją wewnątrz kryształu lodu skonstruować coś na kształt mikroszklarni, w której stwarzają sobie warunki do życia. Ten kryształ lodu chroni je przed zimnym wiatrem, mrozem, a jednocześnie przewodzi światło". Podobnie wiele innych wymienionych przeze mnie zdolności bakterii jest w pełni udokumentowanych, jakkolwiek niewiarygodnie mogą brzmieć.

Społeczne IQ

Najbardziej uznanym specjalistą w dziedzinie "Social IQ" bakterii jest izraelski badacz Eshel Ben-Jacob z Uniwersytetu w Tel Awiwie, który wraz z zespołem współpracowników oszacował "IQ" ponad 500 taksonów bakterii na podstawie ilości genów odpowiedzialnych za funkcje społeczne takie, jak komunikacja, przetwarzanie informacji o otoczeniu, czy synteza związków użytecznych podczas konkurowania o niszę życiową z innymi mikroorganizmami: toksycznych lub obronnych. Inteligencja Bakterii z rodzaju Paenibacillus przekracza  średnią o potrójną wartość odchylenia standardowego, co oznacza "błyskotliwość".

Rozkład ilościowy społecznego IQ dla 502 szczepów bakterii; szczepy zaznaczone na zielono należą do rodzaju Paenibacillus. Za: Eshel Ben-Jacob ze współpracownikami.

Dla porównania: analogiczne przekroczenie średniej o 3 odchylenia standardowe u ludzi, to inteligencja na poziomie Alberta Einsteina, czy Stephena Hawkinga.

P. vortex; za: Eshel Ben-Jacob

Od czasu opublikowania tego badania za najinteligentniejszą z bakterii uchodzi Paenibacillus vortex, na której w efekcie Ben-Jacob skupił swoją uwagę. Duże wrażenie robią także prace wizualne owego badacza z pogranicza sztuki i nauki, doskonale ilustrujące unikalność bakterii z rodzaju Paenibacillus oraz ich zdolność do grupowego tworzenia skomplikowanych formacji przypominających fraktale.

Znaczenie

P.vortex zaskakuje nas swoim IQ,jednak trzeba pamiętać, iż według szacunków jesteśmy w stanie wyhodować i przebadać zaledwie około 1% mikroorganizmów. Statystycznie możemy być zatem niemal pewni, że wokół nas, a nawet w nas egzystują jeszcze inteligentniejsze mikroby.

Co więcej, oddziałują one wzajemnie ze sobą i z innymi formami życia takimi, jak słabo zbadane, nieszkodliwe wirusy jelitowe. Taka kombinacja relacji czyni układy biologiczne jeszcze bardziej nieprzewidywalnymi i trudnymi do poznania od podszewki.

Z kolei ilość bakterii  (stanowią ok 90% ilości komórek w naszym ciele) oraz skala na jaką mogą działać (szacuje się, iż sucha masa wszystkich ziemskich bakterii to około 2 krotny ciężar wysp brytyjskich) sprawiają, że trudno przecenić znaczenie decyzji podejmowanych przez te drobne istoty, choćby inteligencja, którą zostały obdarzone, wydawała nam się niesłychanie mała.

Każdego miesiąca pojawiają się nowe doniesienia o wyrafinowanych metodach, jakie symbiotyczne bakterie wykorzystują, by kontaktować się z komórkami naszego ciała, a chorobotwórcze - aby wyjść zwycięsko z pułapek zastawianych przez układ immunologiczny, a z ukrycia nadal szkodzić. Co więcej, są one w stanie nami manipulować. Jeden z produktów bakterii gram ujemnych - LPS (lipopolisacharyd) - ma potencjał wpływania na poziom neurotransmiterów takich, jak dopamina i serotonina w mózgu, a także hormonów odpowiedzialnych za łaknienie, jak leptyna i grelina.

Niedawno dowiedziono, iż niektóre bakterie bytujące na skórze człowieka są tak przywiązane do konkretnego  gospodarza, że nie da się ich utrzymać przy życiu po przeniesieniu na skórę innej zdrowej osoby. Skład flory fizjologicznej może być równie unikalny i charakterystyczny dla osoby, jak kod DNA, czy odcisk palca. Czyż nie budzi to ciepłych uczuć wobec tych drobnych stworzeń, których całe armie giną broniąc naszych wnętrzności?

Ile wiemy na prawdę?

Znaczenie mikroorganizmów dla ekosystemów, jak i ludzkiego ciała jest niestety ciągle osnute mgiełką tajemnicy nawet dla osób profesjonalnie zajmujących się zdrowiem. Nic dziwnego - w końcówce wieku XIX anatomowie wierzyli, że ciało utrzymuje ponad 180 szczątkowych organów. Dopiero powoli zaczynamy zdawać sobie sprawę, że w naturze każdy element ma swoje znaczenie, a to my nie potrafimy nawet pobieżnie zbadać jego funkcji.

Do niedawna flora fizjologiczna człowieka (inaczej: mikrobiom) znajdowała się poza kręgiem zainteresowań nauki, ale od jakiegoś czasu zaczyna się o niej mówić wręcz jako o dodatkowym organie.

Coraz częściej docenia się np. rolę wyrostka robaczkowego w utrzymywaniu i odbudowie flory nawet po ciężkich infekcjach wymiatających z ciała większość dobroczynnych mikroorganizmów. Mimo tego wielu z nas nadal zażywa przypadkowo dobrane antybiotyki, spożywa żywność pełną konserwantów mających powstrzymywać rozwój wszelkich znanych drobnoustrojów i żywi się w sposób tworzący doskonałe jelitowe środowisko dla rozwoju bakterii niebezpiecznych.

Nadzieję na znaczące poszerzenie stanu ludzkiej wiedzy daje zakrojony na szeroką skalę Projekt Badania Ludzkiego Mikrobiomu - kosztująca  115 milionów dolarów inicjatywa mająca na celu scharakteryzowanie zestawu mikroorganizmów blisko związanych z ludźmi, z uwzględnieniem zależności między stanem zdrowia osoby, a składem mikrobiomu. 

Projekt opiera się głównie na sekwencjonowaniu materiału uzyskanego metodami metagenomiki, ze szczególnym uwzględnieniem sekwencji kodujących podjednostkę 16S rybosomalnego RNA. Zgodnie z założeniami rozpoczętych w 2008r badań, kompletu wyników należy się spodziewać pod koniec 2013r, jakkolwiek analiza zależności między zdrowiem, chorobą i składem "flory" może przynieść efekty znacznie odsunięte w czasie.

Opisana przeze mnie dziedzina wiedzy jest stosunkowo nowa, stąd obfituje w niewiadome. Jedno jest pewne - badania będą kontynuowane, a granica między tym, co zrozumiałe i jasne, a tym, co tkwi w mroku niewiedzy, będzie się przesuwać.  Zrozumienie złożonych zachowań bakterii i ich wzajemnych oddziaływań, to droga to opracowania skuteczniejszych i bezpieczniejszych metod ochrony roślin, efektywniejszej produkcji pożądanych substancji w mutantach i przede wszystkim - do zrozumienia podstaw wielu chorób oraz przechytrzenia lekoopornych patogenów, które na szczęście nie należą do najinteligentniejszych spośród przeanalizowanych (kilka reprezentatywnych z nich zaznaczono na wykresie powyżej).

Na koniec pamiętajmy, że powyższe dane, to ciągle tylko "Educated guessing", jak mówią badacze. W rzeczywistości co chwilę odkrywamy, iż opisywane zjawiska i zależności działają na skalę większą, niż do niedawna byliśmy sobie w stanie wyobrazić. Pozostaje nam zatem śmiało patrzeć w przyszłość.

źródło ryc.1: Za: Times higher Education 2006

Literatura:

- ‘Bacterial Olfaction ’ by Reindert Nijland and Grant Burgess.  Biotechnology Journal, September 2010. Available online from: 16 August, 2010.  DOI: 10.1002/biot.201000174

- Todd Eckhal et al.  (2009 )"Solving a Hamiltonian Path Problem with a bacterial computer", Published: 24 July 2009 in Journal of Biological Engineering 2009, doi: 10.1186/1754-1611-3-11

- ‘More bacteria on earth than stars in the sky’ by William Whitman. Georgia Magazine, December 1998: Vol. 78, No. 1

- Borenstein, Seth (2007), “Scientists: Appendix Protects Good Germs,” [On-line], URL:http://news.yahoo.com/s/ap/20071006/ap_on_he_me/appendix_s_purpose;_ylt=Ak5.0FtXAiVHNNcRPfiNLsus0NUE.

- http://mpkb.org/home/pathogenesis/microbiota

- http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/1542539.stm

- http://www.naukawpolsce.pap.pl

- http://en.wikipedia.org/wiki/Social_intelligence

Praca konkursowa nadesłana przez Mikołaja Kocikowskiego