Первая карта микровселенной: как биоинформатики переопределили экологические ниши микроорганизмов
Немецко-голландская исследовательская группа под руководством профессора Баса Э. Дутилха из Йенского университета и Утрехтского университета представила новый подход к определению экологической ниши микроорганизмов — «широту социальной ниши». Метод описан в журнале Nature Ecology & Evolution и использован для создания первой «Карты микровселенной».
Новый, основанный на данных подход
Традиционно ниша микроорганизма определялась через субъективно выбранные параметры среды: температуру, влажность, содержание питательных веществ. Новый метод является данно-ориентированным: в качестве решающего экологического фактора рассматривается не внешняя среда, а само сообщество видов. Состав микробных сообществ быстро адаптируется к среде, отражая сумму всех её факторов.
Доминирование генералистов и неожиданные открытия
Учёные проанализировали тысячи метагеномных наборов данных из образцов со всего мира. Результаты:
- В большинстве местообитаний доминируют генералисты (организмы с широкой экологической валентностью), хотя ожидалось преобладание специалистов в локальных нишах.
- Генералисты растут быстрее и поэтому получают преимущество, но их присутствие вариабельно («пан или пропал»).
- Специалисты более стабильны в своей нише, но встречаются в низком обилии.
Сложная связь с размером генома
Исследование опровергло предположение, что большая широта ниши требует большего генома. Корреляция оказалась сложнее:
Две эволюционные стратегии:
- В средах с низким биоразнообразием (например, микробиом животных) геномы специалистов относительно малы.
- В высокоразнообразных средах (например, почвах) геномы специалистов значительно больше.
Геномы генералистов более вариабельны: гены легко приходят и уходят в ходе эволюции. Это позволяет им быстро адаптироваться к локальной нише через горизонтальный перенос генов.
Функции в геномах специалистов гораздо разнообразнее и часто связаны со специфическими метаболическими процессами. Их геномы эволюционно стабильны.
«Наш анализ проливает новый и неожиданный свет на стратегии ширины ниши по всему древу микробной жизни», — заключает Бас Э. Дутилх.