Как микробы-миксотрофы могут эволюционировать в меняющейся среде

Исследователи провели трехлетний эксперимент, чтобы выяснить, как два штамма микробов-миксотрофов (способных и к фотосинтезу, и к гетеротрофному питанию) адаптируются к изменениям температуры и уровня освещенности. Результаты опубликованы в журнале Global Change Biology.

Ход эксперимента

  • Ученые начали с двух популяций миксотрофов: одна всегда фотосинтезирует, другая делает это лишь при определенных обстоятельствах.
  • Каждый штамм разделили между двумя уровнями освещенности и тремя температурными режимами: 18°C, 24°C и 30°C.
  • Контрольную популяцию (эволюционировавшую при 24°C) регулярно сравнивали с экспериментальными группами в течение всего исследования, которое длилось с апреля 2018 года и охватило 400–700 поколений микробов.

Ключевые результаты

  1. Сдвиг в сторону гетеротрофии: При более высоких температурах наблюдался общий рост гетеротрофии, особенно у штамма, который всегда осуществляет фотосинтез.
  2. Адаптация к условиям: Все экспериментальные популяции лучше адаптировались к своим условиям по сравнению с контрольной группой. Например, "горячие" группы росли быстрее и эффективнее использовали углерод при высоких температурах.
  3. Влияние фенотипической пластичности: Результаты подтверждают идею, что естественный отбор сильнее влияет на организмы с менее гибкими характеристиками (фенотипами). Однако сама пластичность может как снижать давление для генетических изменений, так и давать материалу для отбора.

Значение для климата

Сдвиг миксотрофов в сторону большей гетеротрофии может изменить их роль в глобальном углеродном цикле:

  • Если миксотрофы станут более гетеротрофными, они будут производить больше CO2, что способствует изменению климата.
  • Это может еще больше повысить температуру и расширить бедные питательными веществами регионы океана, создавая петлю положительной обратной связи.
  • С другой стороны, лучшая адаптация к условиям может означать, что они передают больше углерода по пищевой цепи, что дает возможность углероду попасть в глубины океана и быть удаленным из атмосферы.

Из-за сложности глобальных климатических систем трудно предсказать, будут ли миксотрофы в будущем выступать производителями или потребителями углерода. Их сложность также затрудняет включение в крупные экологические модели. Дальнейшие исследования, включающие большее разнообразие миксотрофов, направлены на то, чтобы улучшить прогнозы их адаптации и роли в будущем.