Слабость может быть преимуществом для выживания при заражении смертельными паразитами
Новое исследование показывает, что в борьбе с эпидемией смертельного паразита меньшая устойчивость иногда может быть выгоднее, чем большая.
Пресноводный вид зоопланктона Daphnia dentifera переживает периодические эпидемии вирулентного дрожжевого паразита Metschnikowia bicuspidata, который может инфицировать более 60% популяции дафний. Во время этих эпидемий популяция Daphnia быстро эволюционирует, балансируя между устойчивостью к инфекции и репродукцией.
Исследование под руководством учёных из Технологического института Джорджии показывает, что количество позвоночных хищников в воде и объём доступной для дафний пищи влияют на масштабы эпидемий и на то, как эти "водяные блохи" эволюционируют для выживания.
Ключевые выводы:
- В озёрах с высокой концентрацией питательных веществ и низким уровнем хищничества наблюдаются крупные эпидемии, и Daphnia становятся более устойчивыми к инфекции.
- В озёрах с меньшим количеством ресурсов и высоким хищничеством эпидемии остаются небольшими, а дафнии эволюционируют в сторону повышенной восприимчивости к паразиту.
«Контр-интуитивно думать, что хозяева могут эволюционировать в сторону большей восприимчивости к вирулентным паразитам во время эпидемии, но мы обнаружили, что экологические факторы определяют, что для них лучше: повышенная устойчивость или восприимчивость к инфекции», — говорит ведущий автор Меган Даффи. — «Существует компромисс между устойчивостью и размножением, потому что любые ресурсы, которые животное направляет на защиту, недоступны для репродукции. Когда экологические факторы благоприятствуют небольшим эпидемиям, хозяевам лучше инвестировать в размножение, а не в защиту».
Методология исследования:
- Наблюдения в природе: Учёные еженедельно в течение четырёх месяцев отслеживали уровни питательных ресурсов, хищничества и паразитарной инфекции в семи озёрах Индианы.
- Лабораторные анализы: Были проведены тесты на заражение дафний, собранных из каждого озера в два момента времени (до эпидемии и после её пика). Анализы измеряли восприимчивость зоопланктона к паразиту.
- Результаты: Шесть из семи популяций озёр показали значительную эволюционную реакцию. В трёх озёрах дафнии стали значительно более устойчивыми, а в трёх других — значительно более восприимчивыми. Эпидемии были крупнее в озёрах с более низким хищничеством и более высоким уровнем общего азота.
Сочетание наблюдений, экспериментов и математического моделирования подтверждает теоретическое предсказание: когда перед хозяевами стоит компромисс «устойчивость-размножение», они эволюционируют в сторону повышенной устойчивости при крупных эпидемиях и повышенной восприимчивости — при небольших. Экологические градиенты, влияя на масштаб эпидемии, определяют эволюционные исходы для хозяев.
Исследование опубликовано 30 марта 2012 года в журнале Science при поддержке Национального научного фонда (NSF) и Фонда Джеймса С. Макдоннелла.