В трудные времена микробные сообщества отказываются от кооперации и спасаются "по одному"

Ученые Еврейского университета Иерусалима показали, что микробные сообщества при "экологическом стрессе" отказываются от взаимной поддержки.

Микробные сообщества из-за своей биомассы (сотни миллиардов тонн) и биоразнообразия (миллионы видов) играют огромную роль биогеохимии Земли. Согласно оценкам, даже относительно небольшое изменение глобальной температуры (около 2 градусов) резко влияет на микробные сообщества. Они быстро адаптируются к условиям "экологического стресса" и меняют Землю. Но характер и скорость этих изменений остается малоисследованной.

Ученые Еврейского университета Иерусалима в соавторстве с испанскими коллегами исследовали, как меняются отношения кооперации между микробными сообществами.

Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Ученые экспериментально воспроизвели мутуалистическое микробное сообщество: это наиболее распространенное эволюционное решение для двух взаимозависимых сообществ, поддерживающих друг друга.

Ученые использовали синтетическую модель на основе двух генетически модифицированных штаммов кишечных бактерий Escherichia coli. Эти штаммы были разработаны так, чтобы они строго зависели друг от друга: каждый штамм вырабатывает незаменимую аминокислоту, которая нужна другому для выживания. Бактерий подвергали смертельно опасному воздействию (температура, кислотность) и наблюдали за их развитием в течение нескольких поколений.

"Мы увидели, что когда мутуалистические сообщества подвергаются стрессу, самым эффективным эволюционным решением оказывается разрушение сотрудничества", – говорит соавтор работы Игнасио Х. Мелеро-Хименес из Университета Малаги.

Эта реакция оказалась неожиданной для ученых. Вместо того, чтобы усиливать взаимопомощь, микробные сообщества в экстремальных условиях от нее отказались и выбрали стратегию "экологического бегства".

Работа показала, что хотя мутуализм может быть полезен в стабильной среде, он становится недостатком при неблагоприятных условиях. Микробы быстро меняются и начинают вырабатывать все необходимые аминокислоты сами, вместо того чтобы полагаться на партнера. Это ускоряет генетические изменения отдельных сообществ. Учитывая огромное влияние микробных сообществ на экологию Земли, такая быстрая адаптация и разрушение сложившихся связей может сильно повлиять на среду обитания не только микробов, но и человека.