Как бактерия понимает то, что оказалась в неблагоприятных условиях? Очень просто. Клетка постоянно обменивается веществами с внешней средой, для этого в клеточной мембране есть специальные отверстия (каналы) для электролитов и воды. Простые молекулы диффундируют через липидный слой, крупные молекулы переносятся с помощью транспортных белков. Бактерия может поглощать тела других бактерий, окружая их выростом клеточной мембраны и образуя лизосому. Отходы производства удаляются через каналы или путем слияния лизосомы с внешней клеточной мембраной.
Когда из внешней среды перестают поступать необходимые вещества, в клетке падает их концентрация. В этот момент запускаются процессы самосохранения. Это и есть простейшая реакция на окружающую среду.
Все изменилось, когда клетки научились объединяться в многоклеточные организмы. Вообще-то, одноклеточные организмы жили на Земле миллиарды лет. И так бы продолжалось еще очень долго, если бы не кислородная катастрофа, произошедшая 2,5 миллиарда лет назад. Об этом очень подробно пишет Николай Кукушкин в прекрасной книге «Хлопок одной ладонью. Как неживая природа породила человеческий разум».
В то далекое время одноклеточные организмы чувствовали себя на Земле прекрасно. Жили, размножались, совершенствовали свой обмен, искали источники энергии и однажды стали использовать фотосинтез для получения энергии. Солнечный свет – отличный и практически неиссякаемый источник энергии. Отличное решение! Вот только побочным эффектом одного из видов фотосинтеза является выделение кислорода.
Чистый кислород – это сильнейший яд. Это химически активный окислитель, который реагирует со всеми простыми веществами, кроме золота и инертных газов. Кислород и сейчас опасен для клеток (даже использующих аэробное дыхание). Часть кислорода (около 2%), поглощенного нами, превращается в активные формы кислорода – пероксиды и свободные радикалы. Они повреждают молекулы мембран, вызывают свободно-радикальное окисление или перекисное окисление липидов. Первыми страдают мембраны и ДНК митохондрий.
Митохондрии – это фабрики по производству энергии. Именно в них кислород окисляется до воды и углекислого газа, а выделяющаяся в процессе аэробного дыхания энергия аккумулируется в АТФ. Между прочим, митохондрии – это древние бактерии, которые первыми освоили процесс аэробного окисления, а это очень сложная и редкая комбинация мутаций. Другие бактерии не стали повторять этот путь, а вступили с ними в симбиоз.