Новая математическая модель объясняет, как хозяева выживают при атаках паразитов
Новое математическое моделирование показывает, что когда хозяин и его паразит обладают множеством признаков, определяющих их взаимодействие, хозяин получает уникальное эволюционное преимущество, помогающее ему выжить. Это может объяснить, как люди, растения и животные эволюционируют, чтобы противостоять натиску паразитов.
Исследование, опубликованное 4 марта в онлайн-издании Nature, было поддержано Национальным институтом математического и биологического синтеза (NIMBioS) и Национальным научным фондом (NSF).
Эволюционная теория предполагает, что паразиты и патогены должны эволюционировать быстрее своих хозяев из-за более короткого времени генерации и сильного давления отбора. Это создаёт парадокс: как виды-«жертвы» выживают и процветают, несмотря на непрерывный натиск более быстро эволюционирующих врагов?
Авторы использовали количественную генетику и индивидуум-ориентированное моделирование, чтобы проанализировать систему «жертва–эксплуататор». Они показали, что когда взаимодействие хозяев и паразитов определяется множеством признаков, а не одним, жертвы могут получить преимущество в эволюционной гонке вооружений.
В природе взаимодействия между видами часто зависят от множества признаков. Например:
- Устойчивость дикого пастернака к атаке паутинного червя зависит от времени цветения и концентрации определённых химических соединений с инсектицидными свойствами.
- Костистые рыбы (например, тунец и палтус) имеют несколько защитных признаков, таких как слизистые барьеры и биоцидные выделения, которые паразит должен преодолеть для успешного заражения.
Хотя исследование фокусируется на системах «хозяин–паразит», результаты применимы к любой паре «жертва–эксплуататор». Например, в системе «хищник–жертва» хищник должен сначала найти, затем поймать и, наконец, одолеть жертву, а жертва может использовать защитные признаки на каждом этапе атаки.
Наличие множества механизмов атаки и защиты может помочь видам-жертвам эволюционировать и поддерживать низкий уровень взаимодействия со своими хищниками. Кроме того, коэволюция множественных признаков может помочь растениям ограничивать ущерб от травоядных, что может объяснить, «почему мир зелёный».