Раскрыты секреты адаптации микроводорослей к экологическим вызовам

Исследование, опубликованное в журнале Current Biology, проливает свет на то, как отдельные виды сохраняются в условиях изменения климата, и на последствия этого для глобального углеродного цикла и морских пищевых сетей.

Понимание реакции организмов на усиление конкуренции важно, так как изменения их размера и метаболизма влияют на продуктивность экосистем. Конкуренция давно признана движущей силой быстрой эволюции, но не хватало механистической модели для выявления конкретных эволюционирующих признаков.

Исследователи из Института Гульбенкиана и Университета Монаша обратились к метаболической теории, которая предсказывает, как конкуренция формирует эволюцию метаболизма и размера. Эти предсказания, особенно для сообществ с множеством видов, были недостаточно проверены.

Учёные провели экспериментальную эволюцию морского фитопланктона — одноклеточных микроводорослей Dunaliella tertiolecta, производящих 50% кислорода Земли. В течение десяти недель (~70 поколений) водоросли эволюционировали в одной из трёх сред:

• в одиночестве,
• в конкуренции с популяцией того же вида,
• в конкуренции с сообществом из трёх других видов фитопланктона.

Ключевые результаты:

• В условиях конкуренции организмы эволюционировали, становясь меньше и энергоэффективнее.
• Это произошло благодаря быстрой эволюции метаболической пластичности. Организмы, эволюционировавшие с конкурентами, научились быстрее использовать ресурсы, когда их много, и снижать метаболизм для экономии энергии при их дефиците.
• Эти изменения позволяют поддерживать большую численность популяции по сравнению с организмами, эволюционировавшими в одиночестве, без ущерба для скорости её роста.

По словам первого автора исследования Джулии Гедини, этот результат логичен, но его изначально было сложно объяснить, поскольку текущая метаболическая теория не предсказывает улучшения обоих признаков одновременно. Учёным удалось предсказать эволюцию размера тела и траектории популяций на основе метаболической теории, а также показать, что эволюция метаболической пластичности может приводить к неожиданным результатам.

В будущем команда планирует выяснить, следуют ли другие конкуренты схожим (или иным) эволюционным траекториям, и каковы общие последствия таких эволюционных ответов для сообщества. Понимание эволюции метаболической пластичности важно для прогнозирования изменений в разнообразии и продуктивности экосистем.