Kunnen bacteriekolonies denken? Op het eerste gezicht en absurde vraag: bacteriën zijn immers de kleinst denkbare levende wezens, chemische fabriekjes die in staat zijn zichzelf te vermenigvuldigen. Maar dat is niet het hele verhaal. Bacteriën blijken er namelijk ingewikkelde communicatienetwerken op na te houden en ook DNA blijkt onovertroffen rekencapaciteiten te hebben. Wat gaat er allemaal om in de eencellige wereld?
Het menselijk brein
Om te denken moet een ingewikkelde vorm van informatieverwerking plaatsvinden. Het fysische systeem hierachter kan allerlei vormen hebben en uit allerlei materialen bestaan, maar vermoedelijk zal het de vorm van een zogeheten neuraal netwerk moeten hebben. Neurale netwerken hebben emergent gedrag zoals het vermogen om te leren. Een vorm van memristor, een enkele jaren geleden ontwikkelde elektronische component die ‘onthoudt’ dat er stroom door heeft gelopen door een lagere weerstand te krijgen, zal er onderdeel van uit moeten maken. Menselijke zenuwcellen communiceren door middel van dendrieten (die als inputkanaal dienen) en een axon (dat als uitvoerkanaal dient). Om het nog ingewikkelder te maken: er zijn ook dendrieten die een signaal in een axon dat de dendriet kruist kunnen remmen.
Samenwerkende bacteriën vertonen slim gedrag
Bacteriën hebben al laten zien, in staat te zijn tot behoorlijk ver ontwikkelde samenwerkingsverbanden. In feite zijn planten en dieren alle het resultaat van de samenwerking tussen twee bacteriën: zowel bladgroenkorrels als mitochondriën waren ooit zelfstandig levende bacteriën, die op een gegeven moment in een archaea-achtige cel (archaeae zijn bacterie-achtige organismen) zijn gaan leven. Bacteriën vormen vaak ingewikkelde biofilms, microbiële matten, waarin vier, vijf of meer verschillend soorten bacteriën van elkaars afvalproducten leven en zo elkaars bestaan mogelijk maken. Bepaalde soorten zijn zelfs in staat de vorm van hun kolonie aan te passen of hun celdeling op elkaar af te stemmen, al naar gelang de behoefte (2). Technisch gesproken kunnen bacteriën een primitief neuraal netwerk vormen, al ontbreken bepaalde componenten (ibid).
Elektrische communicatie tussen bacteriën
In 2010 werd een opmerkelijke ontdekking gedaan: sommige bacteriesoorten vormen een soort stroomdraden waarmee ze andere bacteriën voorzien van elektronen. Een absolute must om bijvoorbeeld efficiënt bepaalde stoffen af te kunnen breken. Volgens sommige onderzoekers kunnen ze zelfs signalen uitwisselen. Dit bracht onderzoekers er toe om ook meer buitenissige theorieën te bedenken. Zo hebben twee biofysici aangetoond dat het in theorie mogelijk is dat plasmiden, ringen DNA, onderling radiogolven uitwisselen. Een visionair, maar extreem controversieel idee dat door Nobelprijswinnaar Luc Montagnier is geventileerd.
Bacteriën en fagen als DNA-computers
Vergeleken met de volgende ideeën is zelfs de speculatie van Montagnier nog braaf. Stel dat bacteriën een veel groter netwerk kunnen vormen dan wij kunnen vermoeden? En dat bacteriële conjugatie: het uitwisselen van DNA tussen bacteriën of besmetting met fagen, bacterievirussen, hierbij een rol speelt om informatie uit te wisselen?
Ook DNA vormt namelijk een krachtige computer met een werkelijk verbijsterende informatieverwerkingscapaciteit. Je krijgt dan een soort gedistribueerd bacterienetwerk.
Aan de ene kant: bacteriën beschikken maar over weinig DNA en kennen niet zoals de mens en andere organismen met celkernen grote stukken “junk-DNA” dat een uitstekende kandidaat zou zijn. De kans dat bacteriën dergelijke activiteiten kunnen ontplooien is dus uiterst klein. Aan de andere kant: gedurende miljarden jaren was er op aarde alleen bacterieel leven.
Dat is tijd genoeg om behoorlijk ingewikkelde samenwerkingsverbanden te ontwikkelen. De kans is weliswaar ongeveer nihil dat we een bacterie-intelligentie zullen tegenkomen die je verslaat met schaken, maar dat we nog heel wat nieuwe, verbluffende staaltjes van ingewikkelde bacteriële samenwerking en intelligent gedrag zullen tegenkomen is wel zeker…
Bronnen
1. Y.A. Gorby et al., Electrically conductive bacterial nanowires produced by Shewanella oneidensis strain MR-1 and other microorganisms, PNAS
2. Intelligent bacteria? – World Science