Смешанные бактериальные сообщества эволюционируют для совместного использования ресурсов

Новое исследование показывает, как бактерии эволюционируют, чтобы повысить функционирование экосистемы, перерабатывая отходы друг друга. Работа предоставляет одни из первых доказательств того, как взаимодействия между видами формируют эволюцию в разнообразном сообществе.

Исследование, опубликованное 15 мая в открытом онлайн-журнале PLoS Biology, включало культивирование пяти видов бактерий в лаборатории — как по отдельности, так и в смешанном сообществе из всех пяти видов. Культурам позволили адаптироваться к новым условиям в течение семидесяти бактериальных поколений. Пищевые привычки каждого вида затем измерили с помощью химического анализа; сравнив использование химических ресурсов в начале и конце эксперимента, удалось показать, как эволюционировали потребление ресурсов и производство отходов у каждого вида.

Исследовательская группа из Имперского колледжа Лондона обнаружила, что бактерии, эволюционировавшие в смешанном сообществе с другими видами, изменили свои пищевые привычки, чтобы эффективнее делиться ресурсами и использовать отходы друг друга кооперативным образом. В противоположность этому, при выращивании по отдельности те же виды эволюционировали, чтобы использовать одинаковые ресурсы, тем самым конкурируя и ухудшая рост друг друга.

Эти изменения в пищевых привычках привели к значительному улучшению функционирования сообщества видов в целом. Сообщества, собранные из бактерий, которые ранее эволюционировали вместе, в совокупности лучше разлагали ресурсы, чем сообщества из бактерий, эволюционировавших изолированно. Вместе результаты показывают, что способ адаптации видов сильно изменяется присутствием других видов, а коэволюция усиливает экологическое функционирование групп видов.

«Наши выводы имеют широкие последствия для понимания того, как виды реагируют на меняющиеся условия», — говорит ведущий автор исследования Диана Лоуренс. Поскольку все виды живут вместе со многими сотнями других видов, наблюдаемые здесь явления, вероятно, широко применимы.

Аналогично, адаптация бактерий в кишечнике человека к изменениям, таким как лечение антибиотиками или переход на диету с высоким содержанием клетчатки, вероятно, зависит от взаимодействий между видами. «Инженерия бактериальных сообществ для улучшения здоровья человека требует большего понимания взаимодействий между видами, чем у нас есть сейчас. Наши результаты — шаг в правильном направлении», — объясняет Тим Барраклоу.

Следующая задача — проверить, являются ли взаимодействия видов столь же важными для формирования эволюции в природе, как они оказались в лаборатории. Это потребует масштабирования экспериментов до сотен или тысяч видов, встречающихся в реальных экосистемах.