Учёные обнаружили эволюционный «переломный момент» у грибов
Исследователи нашли «переломный момент» в эволюции грибов, который ограничивает их рост и определяет форму. Результаты, опубликованные в журнале Cell Reports, показывают, как небольшие изменения факторов окружающей среды могут приводить к огромным изменениям эволюционных исходов.
Мицелий грибов состоит из тысяч соединённых микроскопических клеток-гиф, которые растут с кончиков. Их вытянутая форма позволяет находить питательные вещества в почве. Однако гифы бывают разной формы: с округлыми или заострёнными кончиками. Гифы водяных плесней (оомицетов) — особенно острые.
Чтобы понять причины разнообразия форм, учёные из Нью-Йоркского университета объединили теоретические модели и эксперименты. Они использовали физические модели роста гиф для определения всех возможных форм. Оказалось, что реальные формы гиф в природе занимают лишь небольшое подмножество возможных.
Исследователи предположили, что наблюдаемое ограничение отражает «выживание наиболее приспособленных». Они изучили скорость роста гиф разной формы, чтобы построить «ландшафт приспособленности».
«Наш момент озарения наступил, когда мы поняли, что форма гиф напрямую связана с их способностью быстро расти», — сказал ведущий автор исследования Максим Охайрве.
Обычно ландшафт приспособленности визуализируют как топографическую карту с пиками и долинами. Однако команда обнаружила, что ландшафт для гиф содержит «нависающий утёс» или переломный момент, который действует как барьер для эволюции, строго ограничивая формы гиф. Было предсказано, что гифы с формами, близкими к этой границе, будут особенно уязвимы к небольшим изменениям среды.
Это предсказание проверили, обработав грибы у переломного момента малыми дозами химических веществ:
- Одно снижало внутреннее давление в гифах.
- Другое (производное морской губки) блокировало доставку клеточных компонентов к кончику гифы.
Оба воздействия вызвали одинаковый драматический эффект: гифы росли намного медленнее и приобретали странную, не встречающуюся в природе, «обрубленную» форму.
«Наши результаты объясняют разнообразие форм гиф в огромной и важной группе видов, — сказал старший автор Энрике Рохас. — В более широком смысле они демонстрируют новый эволюционный принцип: ландшафты приспособленности могут иметь нестабильности, или переломные моменты, которые накладывают строгие ограничения на сложные признаки, такие как биологическая форма».
Значение исследования:
- Виды, чья эволюция подвержена переломному моменту, могут быть наиболее уязвимы к постепенному повышению температуры из-за изменения климата.
- Результаты могут помочь в разработке новых противомикробных средств против патогенных грибов, выявляя уязвимости в их росте, связанные с эволюционным переломным моментом.