Как приобретённый метаболизм меняет правила эволюционной игры
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре изучили, как способность организмов «заимствовать» метаболические пути у других видов влияет на конкуренцию, эволюцию и экологию. Результаты опубликованы в журнале Ecology.
Суть исследования
Учёные исследовали приобретённый метаболизм — способность использовать метаболические пути, не закодированные в собственной ДНК организма. Примеры: микробы в желудке коровы, помогающие переваривать целлюлозу, или морские слизни, «ворующие» хлоропласты у водорослей для фотосинтеза.
В центре исследования были два одноклеточных эукариота:
- Colpidium — гетеротроф, питающийся микробами.
- Paramecium bursaria — также гетеротроф, но с приобретённой способностью к фотосинтезу.
Их изучали в четырёх световых условиях:
- По отдельности P. bursaria процветала при ярком свете, используя фотосинтез, а Colpidium хорошо себя чувствовал в любых условиях.
- В конкурентной борьбе результат зависел от света:
- В темноте побеждал Colpidium.
- При ярком свете доминировала P. bursaria.
- При среднем освещении наблюдалось сосуществование — пример «разделения экологических ниш».
«Вы не можете быть хороши во всём», — отмечает соавтор Холли Меллер. Адаптация к приобретённому метаболизму, вероятно, снизила охотничье мастерство P. bursaria, но в подходящих условиях преимущество фотосинтеза это компенсирует.
Вызов для классической модели
Традиционная модель Лотки-Вольтерры не смогла полностью описать тонкости конкуренции с учётом приобретённого фотосинтеза и создаваемой им обратной связи. Команде пришлось разработать собственную систему уравнений.
Эволюционный контекст
Приобретённый метаболизм — фундаментальная часть жизни на Земле:
- Хлоропласты растений — результат древнего «одомашнивания» цианобактерии предком эукариот.
- Митохондрии также имеют бактериальное происхождение.
- Прокариоты активно обмениваются генами посредством горизонтального переноса генов.
«Именно так эукариоты играют в эту игру уже около 2 миллиардов лет», — говорит Меллер.
Планы на будущее
Учёные продолжат изучать переход от гетеротрофии к автотрофии (особенно к фотосинтезу), используя математические модели и эксперименты с более близкородственными микробами. «Эксперименты помогают строить лучшие модели, а модели — лучше понимать эксперименты», — резюмирует Меллер.
Исследование показывает, что способность «менять карты» в процессе эволюции — ключевой фактор, создающий динамичную и сложную экологию нашей планеты.