Что микробиом говорит об эволюции?
Исследования микробиома — сообщества микроорганизмов в определённой среде — становятся всё важнее для экологии. Хотя экологи традиционно фокусируются на макроорганизмах, взаимодействие между микробиомом и организмом-хозяином открывает новые направления.
Обычно термин микробиом ассоциируется с бактериями кишечника животных и растений, включая человека. Эти внутренние и внешние сообщества имеют собственную экологию, где популяции регулируются биотическими и абиотическими факторами.
Ключевое открытие: микробиом эволюционирует параллельно с хозяином. Исследование в PLOS Biology показало, что по микробиому кишечника человекообразных обезьян можно построить филогенетическое дерево, почти идентичное известному генетическому. Позже работа в Science (под руководством Эндрю Мёллера) подтвердила, что виды бактерий действительно дивергируют одновременно с видообразованием их хозяев.
Значение для экологии
- Филогенетический инструмент: Микробиом может использоваться для определения эволюционных связей между популяциями и видами, дополняя генетические данные.
- Индикатор состояния: У амфибий уникальный микробиом связан со сменой стадий жизни и типов местообитаний, что помогает изучать экологию популяций.
- Здоровье и болезни: Дисбаланс микробиома влияет на
здоровье. Например:
- У коал в неволе микробиом кишечника и глаз остаётся здоровым.
- У лягушек восприимчивость к грибковому патогену Batrachochytrium dendrobatidis (Bd) зависит от кожного микробиома. Попытки применения «пробиотиков» для защиты дали смешанные результаты, но это перспективное направление.
Микробиом как модель для экологии сообществ
На микробиом можно применять теории экологии сообществ, где «средой обитания» являются органы тела. Исследование в PLOS One (от 26 июля) на zebrafish (данио-рерио) показало, что физическая перистальтика кишечника — ключевой абиотический фактор, поддерживающий здоровый баланс микроорганизмов. Её отсутствие ведёт к опасным изменениям сообщества, аналогичным некоторым заболеваниям кишечника у человека.
Таким образом, микробиом можно изучать через призму:
- сукцессии (по мере «старения» среды-организма),
- сборки сообществ,
- мета-сообществ (между разными хозяевами),
- экологии нарушений (например, после антибиотиков) и восстановления (пробиотики, трансплантация фекальной микробиоты).
Микробиом — это быстрорастущая и многообещающая область исследований, тесно связанная с фундаментальной и прикладной экологией.