Сотрудничающие бактериальные популяции с большей вероятностью выживут в изменяющихся средах обитания, показывают новые исследования.
Доктор Мауро Мобилия из Университета Лидса и профессора Эрвин Фрей и Карл Винанд из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене математически смоделировали бактериальные колонии, конкурирующие в среде со случайными колебаниями количества ресурсов.
Их результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters, показали, что случайно меняющаяся среда может создать равные условия между корыстными бактериями и бактериями, которые работают вместе.
Как и другие биологические сообщества, коллективы бактерий участвуют в социальных взаимодействиях, которые способствуют их выживанию. Например, кооперирующие бактерии, которые производят и выделяют соединения, стимулирующие рост колоний, встречаются во многих бактериальных популяциях, несмотря на то, что это требует большого количества их энергии.
В стабильной среде бактериальный штамм, который жертвует энергией, часто вымирает, потому что он не может воспроизводиться с той же скоростью, что и бактерии, которые «загружаются на халяву». Используя математические модели, исследователи смогли смоделировать среду, в которой различные размеры сообщества кооперативных и халявных бактерий должны были конкурировать за случайное переключение уровней ресурсов.
Исследование показало, что случайный переход от изобилия ресурсов к дефициту уменьшает размер бактериального сообщества, давая сотрудничающим бактериям шанс на борьбу с их халявными соперниками.
Соавтор исследования доктор Мобилия из Школы математики в Лидсе сказал: «Как правило, среда, в которой вы находите бактерии, постоянно меняется. Наши тела, например, с их постоянно меняющимся уровнем гормонов и питательных веществ, обеспечивают весьма изменчивую среду для ряда микроорганизмов.
"Исследование показало, что случайный переход от изобилия ресурсов к их дефициту уменьшает размер бактериального сообщества, давая сотрудничающим бактериям шанс бороться с их халявными конкурентами."
Первый автор Карл Винанд, биофизик из Лондонского медицинского университета в Мюнхене, сказал: «Кое-что из кооперативного поведения бактерий может противоречить хорошо известной идее о «выживании наиболее приспособленных». У бактерий нет мозгов или социальных условностей, чтобы навязывать сотрудничество, но при анализе совместного воздействия окружающей среды и популяции на выживание бактериального штамма наши модели показывают, что изменчивая среда позволяет бактериям преодолевать цену сотрудничества».
Бактерии обычно считаются несложными организмами, но есть данные, свидетельствующие о том, что микробные сообщества представляют собой сложные системы, в которых бактерии имеют сложные отношения с окружающей средой и между собой.
Д-р Мобилия сказал: «Необходима дополнительная работа по моделированию, но наш подход может быть использован для изучения различных типов бактериальных взаимодействий и сотрудничества, чтобы глубже понять социальную жизнь бактерий».
«Лучшее понимание того, как бактерии взаимодействуют с окружающей средой, может даже повлиять на то, как лучше всего культивировать штаммы бактерий и как лечить бактериальные инфекции».