Почему бактерии избавляются от нужных генов

Для экономии энергии и ресурсов бактерии избавляются от некоторых необходимых генов, если понимают, что рядом есть другие виды, которые могут выполнить ту же работу.

Некоторые бактерии, несмотря на их огромную распространённость в естественной среде, до сих пор не удаётся культивировать в лабораторных условиях. Так, например, обстоят дела с родом Prochlorococcus — морскими микробами, которых называют самыми многочисленными фотосинтезирующими организмами на Земле. Они выполняют бóльшую часть работы по насыщению атмосферы кислородом, океан кишмя кишит этими бактериями, но на протяжении десятилетий попытки вырастить их в искусственных условиях заканчивались неудачей.

Исследователи из Мичиганского университета (США) объясняют это тем, что в природе бактерии взаимосвязаны намного сильнее, чем мы можем представить. Разные виды микроорганизмов буквально не могут обойтись друг без друга. Происходит это оттого, что бактерии избавляются от некоторых генов, если понимают, что другой вид в сообществе способен выполнять ту же функцию. Например, бактерия может не выдерживать даже малых количеств перекиси водорода в среде, но при этом у неё нет никаких генов, чтобы ликвидировать токсичное вещество. Это значит, что микроб целиком полагается на своего соседа, который обезвредит яд вместо него.

Всякая способность, всякая адаптация чего-то стоит: чтобы синтезировать нужный фермент, необходимо потратить ощутимое количество энергии и ресурсов. Ресурсы же конечны, невозможно с одинаковым успехом отбиваться от всех сюрпризов среды обитания. Поэтому бактерии не упускают случая отказаться от лишнего белка, раз уж он всё равно есть у других. Эксперименты показали, что дублирующий ген не приживается, если в сообществе уже есть кто-то выполняющий похожую работу. В итоге может случиться, что всё сообщество окажется в зависимости от одного вида, который обезвреживает токсины.

Статью с описанием своей теории учёные опубликовали в журнале mBio. Они подчёркивают, что это вовсе не предполагает кооперации и даже межвидового взаимодействия, ни о каком симбиозе и речи нет. Бактерии скорее соревнуются, кто быстрее переложит на другого часть своих функций. С другой стороны, тот, кто оказался крайним, становится необычайно важен для сообщества. Такой вид может быть не слишком многочислен, но без него все остальные не выживут. Впрочем, такая эволюционная игра довольно опасна: в ней могут проиграть все, если одновременно «скинут» из своего генома один и тот же ген.

Подготовлено по материалам American Society for Microbiology.в