Гонка вооружений и кооперация у амёб в дикой природе
Социальная амёба Dictyostelium discoideum (Dicty) — важная модель для изучения социального поведения. При голоде десятки тысяч отдельных амёб агрегируют в подвижный слизень, который затем формирует плодовое тело: живые споры поднимаются на стерильном стебле из погибших клеток. Около 20% клеток жертвуют собой, образуя стебель, что напоминает альтруизм у общественных насекомых.
Однако, в отличие от муравьёв, плодовые тела Dicty иногда состоят из неродственных особей. Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (Дэвид Келлер, Джоан Страссман и их команда) изучили социальные взаимодействия в дикой природе, используя новые методы секвенирования генов. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Методология:
- В лаборатории создавали химерные смеси двух неродственных клонов Dicty и доводили их до голода.
- Клетки собирали на ранней стадии дифференцировки (пре-стеблевые и пре-споровые) и секвенировали их РНК.
- Анализировали гены, экспрессия которых в химерах отличалась от контроля (один клон).
- Эксперимент повторили для четырёх разных пар клонов.
- Эволюционную динамику этих "социальных генов" проверили, используя 15 геномов Dicty, собранных из почв Вирджинии и Техаса.
Ключевые результаты:
- Гонка вооружений: Было обнаружено 78 генов, экспрессия которых в химерах изменялась. Эти гены эволюционировали быстрее, чем остальные. Это подтверждает гипотезу о социальном конфликте — "эволюционной гонке вооружений", когда один клон развивает уловку против другого, что создаёт давление отбора для ответной адаптации.
- Подтверждение альтруизма: Анализ генов, экспрессируемых на пре-стеблевой и пре-споровой стадиях, поддержал предсказания кин-отбора. Это означает, что клетки стебля в природе действительно являются альтруистами, жертвующими собой ради родственных спор. Ранее было показано, что природные плодовые тела в основном клональны.
- Значение для лабораторных исследований: Обнаруженная сигнатура быстрой эволюции социальных генов подтверждает, что конкуренция и "обман", наблюдаемые в лабораторных экспериментах, не являются артефактом, а отражают реальные эволюционные процессы, происходившие в природе на протяжении тысячелетий.
Вывод:
Исследование демонстрирует двойственную социальную природу Dicty: в основном они образуют кооперативные, родственные плодовые тела, где действует альтруизм (кин-отбор). Однако при смешении неродственных клонов включаются гены, участвующие в конфликте и находящиеся под давлением быстрой эволюции. Как отметила Джоан Страссман, это похоже на ситуацию из "Алисы в Зазеркалье", где "нужно бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте".