Помнят ли бактерии своих предков

Умение отличать своих родственников от чужих могло появиться  в эволюции разными путями.

Мы скорее отзовёмся на просьбу о помощи, если к нам обращается близкий родственник, нежели абсолютно посторонний человек. Это можно назвать общебиологическим законом: у многих видов животных, известных своей социальной жизнью, связи между особями совпадают с генетическим родством – то есть все члены социальной группы, помогающие выживать друг другу, являются друг другу родственниками.

Считается, что родственная взаимопомощь возникла в результате действия отбора на соответствующие гены: если у какой-то особи есть генетическая предрасположенность к взаимодействию с другими, то взаимодействовать она будет с теми, у которых есть такие же гены. А похожие гены с наибольшей вероятностью можно найти именно у родственников, так что получается, что социальное поведение оказывается связано с распознаванием родичей. Отсюда следует, что социальному предпочтению или отторжению должны предшествовать генетические сходства или различия.

Однако эксперименты, поставленные исследователями из Швейцарской высшей технической школа Цюриха с бактериями Myxococcus xanthus, заставляют усомниться в универсальности этого правила. В природе M. xanthus живут в почве, питаясь органическими веществами и другими бактериями; если питательных веществ много, они формируют колонии. Если две колонии генетически идентичных бактерий посадить в одну и ту же посуду на питательную среду, то они рано или поздно встретятся и сольются вместе. Но бывает так, что колонии не сливаются, а остаются как будто разделены неким невидимым барьером – между ними остаётся полоска или вообще незанятой, или очень редко заселённой питательной среды.

Чтобы понять, обусловлены ли социальные предпочтения генетическим сходством или чем-то иным, несколько колоний M. xanthus, которые произошли от одного общего предка, выращивали в разных условиях, а потом смотрели, найдут ли они общий язык с исходной, предковой популяцией. Оказалось, что примерно в 2/3 случаев бактерии предпочитали не смешиваться друг с другом, причём такая избирательность явно зависела от условий.

 Когда прочитали геном бактерий, то оказалось, что невозможно найти никакой общей мутации, на которую можно было бы «свалить» умение отличать «своего» от «чужого». Те изменения в геноме, которые нашли у разборчивых колоний (и которые, казалось бы, могли бы объяснить появление социально разборчивости), нашли потом и у тех, кто никакой разборчивостью не отличался. Полностью результаты экспериментов опубликованы в журнале PNAS.

Возникает ощущение, что умение отличать родственника от неродственника обусловлено некой «общностью судьбы»: одних бактерий судьба провела через испытания, которые заставили их забыть о предках, другие же, наоборот, сохранили способность жить вместе с предковой колонией. Если же выражаться не столь туманно, то означает это вот что: умение отличать близких от чужих, по-видимому, не является универсальной стратегией, которая всегда реализуется по одинаковой схеме. Возможно, что такая особенность вообще возникает как побочный продукт каких-то изменений, которые произошли с популяцией в процессе адаптации к новой среде. Потом она вполне может оказаться полезной, но изначально она вовсе не обязательно возникает как определённая адаптация, отобранная для решения конкретной задачи.

Однако в действительности ситуация может быть ещё сложнее. В более ранних исследованиях был обнаружен ген traA, который как раз помогал появиться родственной разборчивости у M. xanthus. В вышеописанной работе, напомним, никаких таких мутаций в traA обнаружить не удалось. Отсюда можно сделать вывод, что родственные предпочтения могут возникать в эволюции и как самостоятельная адаптация (например, родственники вместе лучше используют питательную среду, и потому отбор будет благоприятствовать гену, помогающему родичам держаться вместе), и как следствие каких-то других изменений.

Способность отличать своих родичей от чужих есть у огромного числа видов, от простейших до животных. И, конечно, было бы интересно узнать, как обстоят дела у млекопитающих – например, как именно приматы вдруг поняли, что жизнь с родственниками даёт эволюционное преимущество.

По материалам The Scientist.