Ученые из Великобритании на страницах журнала Scienceопубликовали
результаты исследования пространственного масштаба, на котором удается
отследить эволюционные преобразования в микромире. А немногим раньше
аналогичное исследование размера экологической ниши простейших выполнили
российские ученые. Масштаб и экологического, и эволюционного пространства для
микроорганизмов оказался примерно одного порядка — не более нескольких
сантиметров. Культура почвенных бактерий. В действительности в лабораторных условиях можно культивировать только 1% всего разнообразия почвенной флоры. Фото с сайта www.rothamsted.ac.uk
Ученые с зоологического факультета Оксфордского университета и
из Центра экологии и
гидрологии в Оксфорде на примере почвенных бактерий и
бактериофагов исследовали отношения «хозяин—паразит». В основе
исследования лежит очевидное положение, что степень вирулентности паразита
служит мерилом адаптированности хозяина к присутствию паразита и паразита к
защитной тактике хозяина. Если паразит легко заражает хозяина и гибель хозяина
от инфекции велика, то это означает, что паразит хорошо адаптирован к защитным
приемам хозяина, а хозяин, напротив, не смог выработать адекватные способы
защиты. Если же гибель хозяина снижена, то можно утверждать, что хозяин
приобрел в ходе эволюции эффективные меры защиты. В системе
«хозяин—паразит» происходит безостановочное соревнование способов нападения и
защиты. Поэтому по степени вирулентности бактериофагов ученые судили об
адаптированности бактерий и бактериофагов и о том, кто выигрывает это
смертельное соревнование.
Исследование было организовано таким образом, чтобы
выявить различие в вирулентности бактериофагов по отношению к бактериям из
разных точек опытной площадки. Вся площадка размером 25 × 25 см
разделена была на участки по 5 кв. см, и из каждого участка брали пробу
почвы (всего 25 проб). Из каждой пробы получали бактериальный посев и
соответствующий раствор бактериофагов. Наиболее массовым видом почвенных проб
были бактерии Stenotrophomonas sp., и этот вид оказался единственным
чувствительным к выделенным бактериофагам. После этого посев бактерий из
каждого участка сливали с суспензией бактериофагов из каждого участка и
подсчитывали, насколько заразным окажется раствор бактериофагов. Так как на
месте заражения происходит лизис (разрушение) клеток, то зараженные участки
хорошо видны, и посчитать степень зараженности не так уж и сложно.
Выяснилось, что бактериофаги были на 9% более заразными
для бактерий из «своего» участка, чем для любых других, и это различие
статистически значимо. Расстояние между пробами (от 5 до 25 см) не влияло на
степень вирулентности бактериофагов.
Этот результат позволил ученым сделать два важных
вывода. Во-первых, почвенные бактериофаги быстрее вырабатывают способы
инфицирования, чем бактерии находят способы защиты от своих паразитов. Иными
словами, бактерии проигрывают своим паразитам гонку вооружений. Ученые
объясняют это большей генетической пластичностью бактериофагов и их большим
генетическим разнообразием по сравнению с бактериями. Во-вторых, плацдарм этой
гонки вооружений оказывается не больше одного-двух квадратных сантиметров
(таков размер лабораторной посуды для взятия проб). В противном случае
степень вирулентности зависела бы от расстояния между пробами. Последний вывод
удивителен еще и потому, что пробы почвы были взяты на заливном лугу, который
хорошо дренируется. Так что теоретически бактериальная флора должна
перемешиваться. Но видно, бактериофаги чрезвычайно быстро адаптируются к
защитным приемам хозяина, и перемешивание не играет существенной роли в
локальных обстановках, масштабы которых — один-два сантиметра.
Интересно, что недавно в Журнале общей биологии была
опубликована статья о масштабировании экологических исследований микро- и
макрообъектов: Д. В. Тихоненков, Ю. А. Мазей «Пространственная
структура сообщества гетеротрофных жгутиконосцев сфагнового болота» (см. популярный
синопсис этой статьи на «Элементах»). В статье российских авторов
показано, что экологическое пространство мира микроорганизмов имеет
сантиметровый масштаб. Уже на «опытных площадках» размером больше 10 сантиметров
никаких микросообществ простейших (жгутиконосцев) не удается различить. А
значит, размер их экологической ниши не может быть больше нескольких
сантиметров. Так что величина пространства, где происходят микроэволюционные
процессы, приводящие к экологическим и генетическим различиям, определяется
несколькими сантиметрами.
Однако вполне возможно, что сантиметровый
размер — это минимальная разрешающая способность экспериментального
оборудования (пробирок, пипеток и т. д.), созданного представителем
макромира — исследователем. Так что масштаб эволюционного плацдарма
микромира может оказаться еще меньше.
Источник: Michiel Vos, Philip J. Birkett, Elizabeth Birch, Robert I. Griffiths, Angus Buckling. Local Adaptation of Bacteriophages to Their Bacterial Hosts in Soil // Science. 2009. V. 325. P. 833. DOI: 10.1126/science.1174173.
|
