Учёные пытались определить, как бактерии воспринимают свет, с момента начала использования микроскопов 300 лет назад. Международной команде исследователей под руководством биолога Аннегрет Вайлд удалось решить эту загадку: внимательно изучив цианобактерии, исследователи обнаружили, что эти крошечные организмы длиной в пару микрометров двигаются в направлении источника света, используя тот же принцип, по которому работает хрусталик в человеческом глазу.

Цианобактерии населяют Землю уже более двух с половиной миллиардов лет, и найти их можно везде, где есть свет: во льду, в пустынях, реках, озёрах, на стенах зданий и в аквариумах. Они преобразовывают свет в энергию посредством процесса кислородного фотосинтеза. В океанах, покрывающих около 70 процентов площади Земли, производящие кислород цианобактерии являются центральным компонентом биосферы. Группа Вайлд обнаружила, что цианобактерии, которые способны двигаться строго в направлении источника света, используют свои микрооптические свойства для определения, откуда исходит свет. Свет попадает на поверхность этих круглых одноклеточных организмов, после чего фокусируется на противоположной стенке клетки, как если бы она была крошечной линзой. После этого цианобактерии начинают двигаться от этой точки сфокусированного света, что заставляет их перемещаться строго в направлении источника света.

Все предыдущие попытки объяснить бактериальный фототаксис (процесс, когда бактерии движутся навстречу свету) проваливались, поскольку эти организмы, длина которых всего в несколько раз больше длины световой волны, считались слишком маленькими, чтобы ощущать разницу в свете между передней и задней частью клетки. Поскольку теперь выяснилось, что вся бактерия действует подобно линзе, организмы могут концентрировать свет, создавая различимый световой градиент внутри клетки.

«Сам физический принцип почти не отличается от того, как свет фокусируется хрусталиком нашего глаза, — объясняет Вайлд. — Теперь мы хотим изучить концентрацию света в микроскопических организмах, имеющих отличную от круглой форму — возможно, они могут концентрировать свет подобно оптоволокну».

Лучшее понимание микрооптических свойств клеток может пролить свет на степень влияния структуры и формы клеток на процесс сбора света. Это позволит создать в будущем искусственные фотобиореакторы или новые, более эффективные типы солнечных батарей.