Как появляются новые виды бактерий

Учёные утверждают, что эволюционные механизмы одинаковы как для бактерий, так и для эукариот: у бактерий внутри популяции поддерживается генетическое разнообразие, которое проявляется при смене экологических условий.

Бактерии — самые распространённые организмы, и на Земле почти нет таких мест, где они не смогли бы выжить. Такая приспособляемость связана с высокой генетической вариативностью бактерий; случайная мутация, если она оказывается благоприятной, мгновенно распространяется в популяции. Благодаря высокой скорости размножения они могут за короткое время просеять великое множество мутаций.

Но представим себе такую ситуацию: вот какая-то бактериальная клетка получает удачную мутацию. Как она передаст её остальным бактериям? Один из способов — просто размножаться: все дочерние клетки будут нести эту мутацию, и постепенно стараниями общего предка образуется новая популяция. Или бактерия может передавать мутацию другим клеткам. Известно, что бактерии способны обмениваться между собой участками генома, но может ли это играть какую-то роль в приспособлении популяции к среде?

Исследователи из Массачусетского технологического института (США) убедились, что формирование новой популяции происходит преимущественно по второму пути. Они ставили эксперименты с Vibrio cyclitrophicus, предлагая бактериям два варианта условий обитания, с различным составом зоопланктона, фитопланктона и питательных веществ, растворённых в воде. В результате единая популяция стала раскалываться на две, распределяясь между двумя нишами. Эти популяции продолжали смешиваться генетически, обмениваясь кусками ДНК, но различие между ними всё же оставалось. Более того, с течением времени бактерии больше предпочитали обмениваться генами со своими соседями, чем с клетками из другой экологической ниши.

Такое ограничение на обмен генетической информации характерно для клонированных популяций, которые возникли от двух разных предков. Но здесь, как пишут учёные на страницах журнала Science, популяции разошлись благодаря множественному обмену генами. В этом случае нельзя говорить о клонированной популяции, о точном подобии всех клеток одному общему предку. Каждая бактерия получает собственную мутацию и делится ею с товарищами. Распространение гена между клетками и предпочтительный генетический обмен между бактериями одной популяции поддерживает внутри вида генетическое разнообразие: каждая популяция, обитающая в своих специфических условиях, владеет собственным генетическим узором. Бактерии в этом почти не отличаются от эукариот, размножающихся половым путём, хотя способы создания и поддержания генетического разнообразия у них различны.

В связи с полученными результатами исследователи осторожно обсуждают понятие вида применительно к прокариотам. Существование генетически разнородных популяций говорит о том, что эволюция бактерий вовсе не обязательно сводится к созданию новых клонов, бесконечно воспроизводящих самих себя. Возможно, образование новых видов у бактерий проходит так же, как, например, у млекопитающих, когда популяция, разделённая на две непреодолимой преградой, даёт начало новому виду.

Подготовлено по материалам Массачусетского технологического института.

Учёные утверждают, что эволюционные механизмы одинаковы как для бактерий, так и для эукариот: у бактерий внутри популяции поддерживается генетическое разнообразие, которое проявляется при смене экологических условий.

Бактерии — самые распространённые организмы, и на Земле почти нет таких мест, где они не смогли бы выжить. Такая приспособляемость связана с высокой генетической вариативностью бактерий; случайная мутация, если она оказывается благоприятной, мгновенно распространяется в популяции. Благодаря высокой скорости размножения они могут за короткое время просеять великое множество мутаций.

Но представим себе такую ситуацию: вот какая-то бактериальная клетка получает удачную мутацию. Как она передаст её остальным бактериям? Один из способов — просто размножаться: все дочерние клетки будут нести эту мутацию, и постепенно стараниями общего предка образуется новая популяция. Или бактерия может передавать мутацию другим клеткам. Известно, что бактерии способны обмениваться между собой участками генома, но может ли это играть какую-то роль в приспособлении популяции к среде?

Исследователи из Массачусетского технологического института (США) убедились, что формирование новой популяции происходит преимущественно по второму пути. Они ставили эксперименты с Vibrio cyclitrophicus, предлагая бактериям два варианта условий обитания, с различным составом зоопланктона, фитопланктона и питательных веществ, растворённых в воде. В результате единая популяция стала раскалываться на две, распределяясь между двумя нишами. Эти популяции продолжали смешиваться генетически, обмениваясь кусками ДНК, но различие между ними всё же оставалось. Более того, с течением времени бактерии больше предпочитали обмениваться генами со своими соседями, чем с клетками из другой экологической ниши.

Такое ограничение на обмен генетической информации характерно для клонированных популяций, которые возникли от двух разных предков. Но здесь, как пишут учёные на страницах журнала Science, популяции разошлись благодаря множественному обмену генами. В этом случае нельзя говорить о клонированной популяции, о точном подобии всех клеток одному общему предку. Каждая бактерия получает собственную мутацию и делится ею с товарищами. Распространение гена между клетками и предпочтительный генетический обмен между бактериями одной популяции поддерживает внутри вида генетическое разнообразие: каждая популяция, обитающая в своих специфических условиях, владеет собственным генетическим узором. Бактерии в этом почти не отличаются от эукариот, размножающихся половым путём, хотя способы создания и поддержания генетического разнообразия у них различны.

В связи с полученными результатами исследователи осторожно обсуждают понятие вида применительно к прокариотам. Существование генетически разнородных популяций говорит о том, что эволюция бактерий вовсе не обязательно сводится к созданию новых клонов, бесконечно воспроизводящих самих себя. Возможно, образование новых видов у бактерий проходит так же, как, например, у млекопитающих, когда популяция, разделённая на две непреодолимой преградой, даёт начало новому виду.

Подготовлено по материалам Массачусетского технологического института.