Когда дружба становится враждой

Изобилие пищи разрушает взаимовыгодные отношения живых организмов.

В живой природе можно найти много примеров совместного существования видов, где  каждый из «сожителей» извлекает для себя пользу, и даже более того – они становятся друг другу не просто полезны, но необходимы; такое сосуществование называют мутуализмом.

Пчелы опыляют цветы растений, чьим нектаром они питаются. Рыбы-клоуны ухаживают за актиниями, защищая их от паразитов и хищников, а в обмен на эти услуги могут беззаботно в них жить. Подобное сожительство, примеры которого вовсе не исчерпываются пчёлами и рыбами-клоунами, дает каждому виду больше шансов на выживание, чем в одиночку.

Однако подобное сосуществование не обязательно остается всегда и во всём взаимовыгодным. Профессор Джефф Гоур (Jeff Gore) и его коллеги из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета обнаружили, что виды, которые приносили друг другу пользу, при изменении условий обитания могут из друзей превратиться в конкурентов, так что один может при некоторых обстоятельствах даже выжить другого.

В лабораторном эксперименте исследователи изучили две разновидности (штамма) пекарских дрожжей – микроскопических одноклеточных грибов вида Saccharomyces cerevisiae. Штаммы производили питательные вещества друг для друга, то есть их сожительство было выгодно для них обоих. Однако ситуация менялась, когда питательную среду дополнительно обогащали.

Пока дрожжи жили впроголодь, вместе им было лучше, чем порознь, и они сильно зависели друг от друга. Но если в среде появлялось много питательных веществ, связь между штаммами ослабевала, и в результате преимущество получала только одна дрожжевая культура.

Питательность среды для дрожжей зависит не в последнюю очередь от аминокислот – именно их концентрацию меняли в опыте. При повышении уровня аминокислот взаимовыгодная связь между штаммами дрожжей ослабевала, проходя несколько стадий прежде, чем дрожжи становились конкурентами начинали вытеснять друг друга. В небогатой среде дрожжи получали выгоду от совместного существования. При добавлении большего количества пищи штаммам становился не нужен другой партнер, и каждый из них начинал жить только для себя. Еще большее увеличение пищи способствовало росту только одной культуры, при этом другая начинала уменьшаться. И наконец, при высокой концентрации аминокислот в среде всякие остатки взаимовыгодной связи между штаммами полностью исчезали. Полностью результаты эксперимента описаны в статье в PLoS Biology.

Обычно мутуалистические взаимоотношения – те же рыбы-клоуны и их актинии – противопоставляются отношениям «хищник–жертва», как, например, в случае львов и антилоп. Однако, по словам профессору Гоура, на примере дрожжей мы видим, «...что одни и те же организмы могут жить совместно подобно как первым, так и вторым». Авторы работы разработали простую модель, с помощью которой можно прогнозировать динамику отношений между двумя популяциями. «При взаимовыгодном существовании обилие двух видов одинаковое, 50 на 50, размеры популяций достигают равновесия, в то время как в конкурентной среде происходит наоборот, – объясняет Гоур, – поэтому по изменению численности видов мы можем определить тип связи между ними».

Однако не всегда взаимовыгодная связь между организмами может полностью исчезнуть. Исследователи замечают, что изученные штаммы дрожжей генетически очень близки, питаются одними и теми же веществами и схожи по образу жизни, то есть занимают одинаковые ниши в природе. И именно совпадение экологических ниш способствует полной потери связи между штаммами в богатой пищей среде, как это произошло в эксперименте. В то же время такие сожительствующие пары, как рыбы-клоуны и актинии, или муравьи и тли, питаются по-разному. Их взаимоотношения при изменении условий среды, скорее всего, не закончатся полным крахом.

«Считается общепринятым, что сложные условия обитания сплачивают живые организмы, подталкивая их к тому, чтобы приносить пользу друг другу, – говорит Гоур. – Наш эксперимент показывает, что взаимовыгодное сосуществование видов может ослабевать и становиться конкурентным в богатой пищей среде. Нечто подобное обнаруживали и раньше в естественных условиях. Сейчас же мы смогли наблюдать изменения в связях между живыми организмами своими глазами».