Гарвардские ученые доказали, что эволюционно далекие одноклеточные организмы при определенных условиях могут начать помогать друг другу, объединяясь в отношениях мутуалистического симбиоза — даже без длительного коэволюционного «притирания» друг к другу. О своем эксперименте биологи рассказали в последнем номере журнала Science.
Мутуализм — это форма взаимовыгодного сожительства организмов, когда присутствие партнера становится обязательным условием существования. Например, первый партнер использует второго в качестве поставщика пищи, а тот взамен получает защиту от врагов или благоприятные для размножения условия. Эти отношения легли в основу многих скачков эволюции. Например, предок растений «приручил» фотосинтетические бактерии (нынешние хлоропласты), благодаря чему растения смогли переселиться на сушу. Можно вспомнить и о том, как примитивные клетки захватили бактерии, ставшие затем митохондриями — внутриклеточными энергетическими станциями.
Однако пока невозможно наблюдать в живой природе, как и почему свободно живущие организмы переходят к мутуалистическому симбиозу, полностью утрачивая автономию и сливаясь друг с другом. Непонятно, предшествует ли ему порабощение одного вида другим или сначала одни особи паразитируют на своих хозяевах, а уже потом сливаются с ними (и начинают чем-то им помогать).
Гарвардские биологи нашли экспериментальное доказательство третьего пути к мутуалистическому симбиозу: случайных экологических встреч. То есть в определенных условиях среды даже далекие друг от друга вида начинают сотрудничать и со временем становятся единым целым.
Эрик Хом (Erik Hom) и Эндрю Мюррей (Andrew Murray) поместили микроскопический грибок Saccharomyces cerevisiae (пекарские дрожжи) в одну среду с зелеными водорослями Chlamydomonas reinhardtii. Дрожжи перерабатывают глюкозу на CO2 — источник углерода для хламидомонад, а последние преобразуют нитрит (соль азотистой кислоты) в аммиак — азотную пищу дрожжей. При ограничении доступа к атмосферному CO2 два организма крайне быстро становились мутуалистами: дрожжи брали аммиак у хламидомонад, а те, в свою очередь, потребляли диоксид углерода, вырабатываемый дрожжами.
Легкость, с какой грибок и водоросли вступили в симбиоз (хотя их разделяет 300 миллионов лет эволюционной истории), говорит о том, что такие отношения могут возникать практически сразу, под давлением среды, без нужды в длительном приспособлении организмов друг к другу или предшествовавших неравных отношений (порабощения или паразитизма).