Эволюционное спасение: микробы в условиях стресса могут пожертвовать кооперацией ради самодостаточности

Исследователь Игнасио Х. Мелеро-Хименес из Университета Малаги в составе международной научной команды показал, что наиболее частым эволюционным решением для выживания двух взаимозависимых организмов в условиях экстремальных изменений среды может стать обретение самодостаточности.

Это явление известно как «эволюционное спасение» — быстрая генетическая адаптация, позволяющая организмам избежать вымирания в критических ситуациях. В данном случае взаимовыгодные отношения (мутуализм) разрываются как эволюционное решение для избегания исчезновения. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Методология исследования

Учёные исследовали, как микробные сообщества эволюционируют в условиях экстремального стресса. Для этого использовалась синтетическая модель на основе двух генетически модифицированных штаммов кишечной бактерии Escherichia coli, созданных для строгой взаимозависимости: каждый штамм производит незаменимую аминокислоту, необходимую другому для выживания.

Экспериментальная фаза состояла в культивировании этих сообществ в контролируемых лабораторных условиях и подвергании их ситуациям сильного экологического стресса с целью наблюдения за их эволюционным ответом во времени.

Ключевые результаты

• Сообщества подвергались различным условиям летального стресса, и их рост отслеживался на протяжении множества поколений.
• Для сравнения использовался предковый штамм, не зависящий от партнёра.
• Наблюдения показали, что при стрессе самым быстрым эволюционным решением для мутуалистических сообществ был разрыв мутуализма.
• Вместо укрепления взаимовыгодных отношений в экстремальных условиях они разрушались.
• Взаимозависимость делала бактерии более уязвимыми к стрессу. Те, кому удавалось стать самодостаточными, имели больше шансов на выживание.

Это открытие предполагает, что хотя мутуализм может быть выгоден в стабильной среде, он может стать недостатком при ухудшении условий. Исследование даёт новые подсказки для понимания того, как далеко может зайти кооперация между микробами, когда среда становится враждебной.