Стареют ли бактерии? Биологи обнаружили, что ответ следует простой экономике

Биологи долгое время предполагали, что при делении бактериальной клетки на две дочерние, которые затем делятся на четыре и так далее, получается вечно молодая популяция. Считалось, что бактерии не стареют — по крайней мере, не так, как другие организмы.

Однако исследование эволюционных биологов из Калифорнийского университета в Сан-Диего ставит под сомнение эту давнюю парадигму. В статье, опубликованной 8 ноября в журнале Current Biology, они приходят к выводу, что бактерии не только стареют, но и их способность стареть позволяет популяции повышать эволюционную приспособленность, диверсифицируя репродуктивные вложения между более старыми и более молодыми дочерними клетками.

Асимметричное распределение повреждений

«Старение у организмов часто вызвано накоплением неповреждений, например, окислением белков со временем», — пояснил Лин Чао, профессор биологии, руководивший исследованием. «Для одноклеточного организма, который получил неисправимые повреждения, что лучше — разделить их поровну между двумя дочерними клетками или отдать все повреждения одной, а другой — ни одного?»

Ответ биологов из UCSD, полученный в результате компьютерного анализа данных исследований 2005 и 2010 годов, заключается в том, что бактерии, по-видимому, отдают больше клеточных повреждений одной дочери («состарившейся»), а меньше — другой («омоложенной»). Хотя эти более ранние работы давали противоречивые результаты о наличии старения, анализ Чао и его коллег показал, что они демонстрируют одно и то же явление.

«В бактериальной популяции старение и омоложение происходят одновременно, поэтому в зависимости от метода измерения можно ошибочно заключить, что старения нет», — сказал Чао.

Эволюционная выгода асимметрии

В отдельном исследовании биологи снимали на видео популяции бактерий E. coli, делящихся на протяжении сотен поколений. Они подтвердили, что бактерии делились каждый раз на дочерние клетки, которые росли с разной скоростью. Это указывает на то, что одна дочерняя клетка получала все или большую часть клеточных повреждений от матери, а другая — мало или совсем ничего.

«Мы запустили компьютерные модели и обнаружили, что с эволюционной точки зрения всегда выигрывает стратегия, когда одна дочь получает больше повреждений, а другая — меньше», — сказал Чао. «Это аналогично диверсификации инвестиционного портфеля».

Он привел пример: инвестирование $1 млн под 8% годовых против разделения суммы на две части — $500 000 под 6% и $500 000 под 10%. Из-за эффекта сложного процента по более высокой ставке разделение денег приносит большую прибыль в долгосрочной перспективе. «Бактерии делают то же самое. Они дают одной дочери новый старт (счет с более высоким процентом), а другая получает больше повреждений».

Механизм и значение

Хотя E. coli делятся, казалось бы, пополам, открытие разной скорости роста дочерних клеток предполагает, что деление не такое симметричное, как считалось. Оно является «асимметричным» внутри клетки.

«В бактериальной клетке должна существовать активная транспортная система, которая помещает неповреждения в одну из дочерних клеток», — предположил Чао. «Мы считаем, что эту асимметрию движет эволюция. Если бы бактерии делились симметрично, старения бы не было. Но из-за этой асимметрии одна дочь, получив больше повреждений, стареет, а другая начинает омоложенную жизнь с меньшим ущербом».