Гипотеза Чёрной Дамы: эволюция через потерю генов
Учёные из Мичиганского университета и Университета Теннесси предложили новую эволюционную гипотезу, объясняющую, почему некоторые свободноживущие микробы теряют важные гены. Она названа Гипотезой Чёрной Дамы по аналогии с картой Пиковая Дама в карточной игре "Червы".
Суть гипотезы
Гипотеза предполагает, что потеря необходимой функции может дать эволюционное преимущество, если соседние организмы продолжают выполнять эту работу. Микроорганизм, избавившийся от "обременительного" гена, получает выгоду, перекладывая нагрузку на других.
Пример из природы
Объектом исследования стали одни из самых распространённых океанических планктонов — Prochlorococcus. У этих свободноживущих бактерий неожиданно маленький геном. В частности, они утратили ген каталазы-пероксидазы, который необходим для нейтрализации повреждающего клетки перекиси водорода (H2O2).
Оказалось, что Prochlorococcus полагается на другие микроорганизмы, которые удаляют H2O2 из окружающей среды. Это позволяет ему "сбросить свои обязанности на других, менее удачливых игроков".
Эволюция к простоте
"Люди часто думают об эволюции как о движении к более сложным организмам, и это часто, но не всегда так", — говорит Ричард Ленски. — "Иногда организмы эволюционируют, чтобы стать проще, если это экономит время или энергию".
В рамках гипотезы такие упрощённые организмы пользуются помощью "помощников", выполняющих ключевые функции. В этом смысле они являются "читерами", эксплуатирующими общественное благо.
Взаимовыгодный контекст
Однако такое взаимодействие не всегда является чистым "читерством". Prochlorococcus, получая выгоду от очистки среды другими микробами, сам вносит вклад в сообщество, производя энергию посредством фотосинтеза.
Гипотеза описывает процесс, который в разных экологических контекстах может приводить к нейтральным или положительным взаимодействиям между видами.
"Захватить все взятки" в эволюции
Учёные проводят аналогию с альтернативной победной стратегией в "Червах" — "Захватить все взятки" (Shooting the Moon). Она требует от игрока забрать все карты, приносящие очки, включая Пиковую Даму.
В биологическом контексте это может означать, что вид, взявший на себя роль "помощника" по одной функции, с большей вероятностью станет помогать и в других, не связанных задачах. Это создаёт для него нишу с высокими требованиями к ресурсам, но и с высокой "гарантией занятости", поскольку всё сообщество зависит от его благополучия.
Значение гипотезы
"Гипотеза Чёрной Дамы имеет далеко идущие последствия для понимания эволюционных сил, стоящих за разнообразными, взаимосвязанными экологическими сообществами", — отмечает Джордж Гилкрист из Национального научного фонда США (NSF).
Она помогает понять, какие силы приводят к появлению в сообществах ключевых организмов, исчезновение которых может вызвать нестабильность и катастрофу. В игре жизни Пиковая Дама может оказаться самой важной картой.