Ключ к успеху инвазивных видов — в схеме расселения
В 1859 году австралийский фермер Томас Остин выпустил на волю 24 серых кролика из Европы. К концу века кролики начали захватывать местные экосистемы, достигнув к 1950 году численности в 600 миллионов по всей стране.
Они размножались в соответствии с принципом, известным как эффект Олли — наблюдением, что более крупные группы животных успешнее создают популяции в новой среде. Если бы Остин расселил кроликов множеством мелких групп по разным территориям, результат мог быть иным.
Инженеры из Университета Дьюка с помощью E. coli и методов синтетической биологии проверили пределы эффекта Олли. Результаты важны как для экологов, борющихся с инвазивными видами, так и для врачей, лечащих инфекции.
Организмы с очень сильным эффектом Олли нуждаются в определённом количестве особей для выживания; ниже этого порога группа вымирает. Хотя интуитивно кажется, что чем больше мест заселяет вид, тем лучше, слишком сильное рассеивание популяции и создание слишком многих новых колоний может привести к краху всех.
Исследование опубликовано онлайн в Proceedings of the National Academy of Sciences на неделе 20 января.
«С точки зрения инвазивного вида, распространение сразу во множество разных мест кажется хорошей идеей. Если все выживут, общий рост будет гораздо эффективнее. Но есть загвоздка из-за эффекта Олли: также выше шанс, что каждая популяция упадёт ниже критического порога и потерпит неудачу в каждом месте», — говорит Линчон Ю, доцент биомедицинской инженерии.
«Это может дать понимание тем, кто управляет инвазивными видами. Если ограничить количество целей, куда может попасть инвазивный вид, можно невольно помочь ему процветать».
В эксперименте учёные модифицировали E. coli так, чтобы она производила токсин, который в одиночку скоро уничтожил бы всю колонию. Но они также добавили генетический переключатель: если бактерий достаточно и концентрация их сигнальных химических веществ достигает определённого уровня, они начинают производить антидот к токсину. Таким образом, у бактерий был создан сильный эффект Олли.
Исследователи проверили успешность бактерий при разных уровнях расселения, перемещая их из исходных лунок в новые. В каждом испытании было разное количество целевых сред, что влияло на плотность новых популяций.
Как и предсказывала теория, наибольший успех был при среднем уровне расселения. Слишком мало новых колоний — бактерии почти не распространяются; слишком много — каждая (включая источник) терпит неудачу.
Результаты также имеют важные медицинские последствия.
«Людям нужно быть осторожными с использованием антибиотиков. Наши естественные микробы — это в некотором роде первая линия защиты от захватчиков, которая часто может остановить закрепление инфекции. Но если мы безрассудно применяем антибиотики, мы можем разрушить эту защиту и облегчить нескольким чужеродным бактериям возможность распространиться и вырасти. Мы можем устранить их эффект Олли», — пояснил Ю.