Существует множество генетических вариантов и штаммов M. xanthus – одни более конкурентоспособны, чем другие. Существует тенденция к тому, что более конкурентоспособные сорта избавляются от более слабых, что в конечном итоге должно означать, что разнообразие сортов исчезнет.
Однако в действительности вырисовывается иная картина: даже на расстоянии всего в один сантиметр многочисленные генетически разные штаммы M. ксантус может присутствовать в почве. До сих пор исследователи могли только догадываться о том, почему и как сохраняется это разнообразие.
Одна теория утверждает, что менее конкурентоспособные штаммы сохраняются в популяции, если они могут занять свою собственную нишу, которую доминирующие бактерии не могут колонизировать.
Соревнование между бактериями
Олайя Рендуэлес, научный сотрудник ETH, представила первые экспериментальные доказательства точности этой теории в реальной жизни бактерий. Постдокторант работает в группе профессора Грегори Дж. Велисер в Институте интегративной биологии ETH Zurich. Велисеру принадлежит, пожалуй, одна из самых больших коллекций M. xanthus в мире – у него более 1000 различных штаммов, хранящихся в виде культур в холодильнике.
Чтобы определить факторы, ответственные за большое разнообразие почвенных бактерий, Рендуэлес сравнил конкурентные способности ряда вариантов Myxococcus xanthus. Ее исследование недавно было опубликовано в научном журнале Current Biology.
Исследователь организовал своеобразный турнир по нескольким чашкам Петри.
Сначала она проверила, какой штамм преобладает в поединке один на один. Здесь она обнаружила, что более конкурентное напряжение всегда преобладало и разрушало более слабое. Таким образом, разнообразие было потеряно.
Однако это было не так, если менее конкурентоспособный штамм превосходил по численности более сильный в соотношении 99: 1. В этом случае преобладала более слабая деформация.
Эксперты используют термин «положительный частотно-зависимый отбор» для описания этого избирательного преимущества, обусловленного численным превосходством.
Ниша спасает от более слабых нагрузок
Когда Рендуэлес устраивал дуэли в виде шахматной доски на четырех полях, причем более слабое напряжение преобладало на белом поле, а более сильное напряжение преобладало на черном поле, тогда численно превосходящее напряжение всегда преобладало в соответствующем поле.
Если в этой области преобладала менее конкурентоспособная разновидность из-за численного превосходства, то она успешно удерживалась в этой области.
Более конкурентоспособный штамм не смог занять эту нишу. Нападению помешал социальный барьер между генетически разными штаммами.
Рендуэлес обнаружил, что, хотя два разных штамма могут сражаться друг с другом, когда отдельные люди находятся в прямом контакте, они не могут сражаться дистанционно; например, используя антибиотики, чтобы убить противника. Таким образом, в целом разнообразие сохранялось среди всего населения, которое охватывало все четыре области.
Для Rendueles это явный признак того, что положительный частотно-зависимый отбор может поддерживать генотипическое разнообразие в популяции при условии, что более слабые варианты вида могут удерживаться в нишах, недоступных для доминирующего штамма.
Частота как избирательное преимущество
«Это первое экспериментальное доказательство этого теоретически предсказанного механизма», – говорит исследователь.
Она добавляет, что было бы иначе, если бы население было распределено равномерно; например, в водном растворе, найденном в море. В такой ситуации, когда все имеющиеся штаммы могут смешиваться, выживает только наиболее конкурентоспособный или численно превосходящий штамм бактерий.
Это неизбежно приводит к сокращению генетического разнообразия.
Экспериментальное подтверждение гипотезы о том, что положительный частотно-зависимый отбор действует как механизм поддержания разнообразия, важно, потому что до сих пор более старая, хорошо обоснованная теория, а именно отрицательный частотно-зависимый отбор, считалась основным механизмом, с помощью которого разнообразие поддерживается. В этой негативной форме отбора редкие варианты генов имеют преимущество перед частыми доминантными вариантами, потому что они реже становятся жертвами хищников.
Например, разные варианты окраски популяции бабочек могут ускользнуть от хищника, потому что они лучше замаскированы, чем большая часть популяции. Это селективное преимущество сохраняется только до тех пор, пока вариант гена маскировки остается редким.
С другой стороны, до сих пор положительный частотно-зависимый отбор рассматривался как сокращение разнообразия («победитель получает все»). «Теперь мы можем продемонстрировать, что положительный частотно-зависимый отбор поддерживает разнообразие, позволяя выживать более слабым вариантам генов, если они численно превосходят доминантные варианты», – говорит Рендуэлес.
Исследователи уверены, что этот механизм применим не только к M. xanthus, но также и для многих других организмов.