Двойной стресс замедляет эволюцию

Бактерии, как и другие организмы, постоянно вынуждены бороться за выживание в неблагоприятных условиях. Исследователи из Института эволюционной биологии Макса Планка в Плёне вместе с коллегами из Финляндии обнаружили, что бактерии адаптируются к среде медленнее и менее эффективно, если подвергаются воздействию двух стрессовых факторов одновременно, а не одного. Это связано с мутациями в разных генах. Более медленная эволюция привела к уменьшению размеров популяций. Это означает, что эволюция может идти разными путями при воздействии на организм нескольких стрессоров.

Антибиотики и хищники

В лаборатории бактерия Pseudomonas fluorescence должна была справляться одновременно с антибиотиком и хищным одноклеточным организмом Tetrahymena thermophila. Уже через короткое время исследователи заметили, что бактериальная популяция меняется: бактерии развивали устойчивость к антибиотику и защиту от поедания гораздо медленнее и менее эффективно, чем те, что подвергались воздействию только одного из этих факторов. Кроме того, устойчивость к антибиотику встречалась значительно реже. «Бактерии явно не могли оптимизировать оба признака одновременно», — говорит руководитель исследования Лутц Бекс.

Анализ генетической основы этих адаптаций показал, что мутации для улучшенной защиты от хищников возникают в том же количестве и в тех же местах бактериального генома, если присутствуют только хищные инфузории. То же самое относится к мутациям, вызывающим устойчивость к антибиотикам. Однако, как только оба стрессовых фактора влияют на бактерии, возникают другие мутации. Это приводит к тому, что и защита от хищников, и устойчивость к антибиотикам эволюционируют медленнее и менее эффективно.

Поскольку бактерии менее способны защищаться от хищников при одновременном воздействии хищников и антибиотиков, их численность оказывается меньше, чем когда им приходится защищаться только от хищников. Таким образом, несколько стрессовых факторов, по-видимому, сильно влияют на то, развивается ли и как часто устойчивость к антибиотикам, и насколько большой может стать популяция бактерий.

«Микробные популяции — будь то в озере или в кишечнике — это сложные сообщества, в которых многим видам приходится конкурировать за ресурсы. Различные стрессовые факторы, которым подвергаются микробы, оказывают огромное влияние на их эволюцию и выживаемость. Потребуется время, чтобы полностью понять взаимодействие всех этих факторов и влияние антибиотиков и пестицидов», — поясняет Бекс.