Мутация одного гена может изменить целые биологические сообщества

Ученые из Тринити-колледжа в Дублине обнаружили, что одна мутация гена у одного вида может вызывать драматические изменения во всем биологическом сообществе. Эти изменения могут быть столь же значительными, как и вызванные исчезновением главного хищника.

Используя бактерии для воспроизведения экологических систем в лаборатории, они выяснили, что мутации одного гена, изменяющие характер взаимодействия одного вида бактерий с другими, оказывали огромное структурное влияние на их многовидовые микробные сообщества. Эти «социальные мутанты» различались по способности производить биопленки, многие из которых вызывают серьезные проблемы со здоровьем у людей. Это имело каскадные последствия для других видов, что, в свою очередь, полностью меняло структуру сообществ.

«Мы знаем, что хищники чрезвычайно важны для структуры экосистем, поскольку они контролируют численность и разнообразие других видов в пищевой сети. Невероятно, что такое небольшое генетическое изменение может заставить этих мутантов полностью изменять сообщества так же сильно, как исчезновение чего-то столь важного, как хищник», — отметил доцент зоологии Тринити-колледжа доктор Иэн Доногью.

Результаты исследования указывают на удивительную способность тонких генетических различий внутри популяций изменять целые экосистемы — не только микробные, но и крупномасштабные, такие как озера, леса и морские системы. Виды, использованные в исследовании, распространены как в почвенных, так и в пресноводных средах.

Многие экологические исследования были сосредоточены на вероятности вымирания видов в результате изменения окружающей среды (например, вырубки лесов и повышения температуры) и их каскадных эффектах на сообщества.

Однако изменения условий окружающей среды также могут вызывать мутации и микроэволюцию. Результаты этого исследования позволяют предположить, что микроэволюция может быть важным, но в настоящее время упускаемым из виду фактором, формирующим реакцию сообществ на изменение окружающей среды.

«Потрясающе осознавать, что всего одно изменение в единственном гене может иметь настолько огромный эффект, что способно изменить целые экосистемы», — сказала Дейрдре Макклин, ведущий автор исследования и аспирант-исследователь в области зоологии в Тринити-колледже.

Выводы будут иметь значение как для исследователей болезней и разработчиков лекарств, так и для экологов и генетиков.

«Помимо общей картины, углубление нашего понимания влияния поведения бактерий на состав сообщества может оказаться критически важным при разработке методов лечения, направленных на манипулирование нашей кишечной микробиотой, например», — добавил доктор Доногью.