Расширение существующей теории об эволюции хозяина и микробиома
Микробиом включает множество бактерий, вирусов и грибов, существующих в многоклеточном организме и на нём. Взаимодействия клеток организма и микробиома образуют структурную и часто функциональную единицу — так называемый метаорганизм. Эти взаимодействия значительно влияют на биологию как хозяина, так и ассоциированных микробов.
Исследователи из Коллаборативного исследовательского центра (CRC) 1182 «Происхождение и функция метаорганизмов» Кильского университета совместно с международными коллегами, включая профессора Брендана Бохэнана из Университета Орегона, проанализировали существующие теоретические концепции и предложили новые подходы к пониманию того, как взаимодействия хозяина и микробиома формируют процесс и динамику эволюции. Эти концепции опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.
Микробиом как значимый фактор наследственности
Исследования показывают, что ассоциированные с хозяином микробиомы могут влиять на многие ключевые функции своих хозяев и, таким образом, воздействовать на эволюционную приспособленность организмов. Микробиом может решающим образом поддерживать способность хозяина адаптироваться к новым условиям окружающей среды и тем самым формировать его эволюцию.
Это влияние удивительно, потому что микробы хозяина не обязательно передаются от родителей потомству, тогда как для эволюции требуется какая-либо форма наследования от одного поколения к другому. Это поднимает вопрос о том, как признаки, опосредованные микробиомом, действительно передаются из поколения в поколение.
«Большинство эволюционных теорий было разработано без учёта микробиомов, и я не думаю, что текущая теория достаточна для всестороннего понимания влияния микробиомов на эволюцию метаорганизма. Цель нашей новой работы — сделать первые шаги к разработке эволюционной теории, в основе которой лежит биология хозяина и микробиома», — подчеркнул Бохэнан.
Расширение существующих эволюционных концепций
Международная команда авторов изучила наиболее часто обсуждаемые теоретические концепции, чтобы оценить их применимость для описания микробиом-опосредованной эволюции.
Один из примеров — явление, называемое конструированием ниши. «Конструирование ниши можно сравнить с сельским хозяйством, где фермер выращивает урожай и скот, чтобы обеспечить наличие пищи», — объясняет первый автор работы доктор Боб Вик.
«В контексте метаорганизма конструирование ниши происходит, когда организм-хозяин влияет на присутствие микроорганизмов в своей среде, тем самым обеспечивая доступность полезных микробов не только в течение своей собственной жизни, но, возможно, и в следующем поколении. Такое конструирование ниши для микробиома окружающей среды может, таким образом, опосредовать успешную передачу микробиом-зависимых функций от одного поколения хозяев к следующему, что является важной предпосылкой для влияния микробиома на эволюцию хозяина».
Создание новых теоретических основ для эмпирических исследований
В новой публикации выделено четыре теоретические основы, которые особенно перспективны для углубления нашего понимания эволюции хозяина и микробиома.
«Чтобы лучше охватить биологическое разнообразие этих систем и обеспечить возможность экспериментальной проверки, представленные нами основы должны быть тщательно расширены в тесном сотрудничестве с коллегами, работающими эмпирически», — подчеркивает профессор Хинрих Шуленбург.
«Это как раз одна из исследовательских задач нашего CRC 1182. И с нашей новой публикацией мы теперь предоставляем критические теоретические строительные блоки, которые должны стимулировать новые исследования эволюционных последствий ассоциаций хозяина и микробиома в будущем».