Именно это произошло с социальной амебой, обитающей в почве, Dictyostelium discoideum или Dicty. Одноклеточные амебы ползают по почве, питаясь бактериями, пока еды не становится мало. Затем амебы собираются десятками тысяч, чтобы сформировать многоклеточную слизь, которая трансформируется в плодовое тело: стерильный стебель, который держит в воздухе сорус, крошечную сферу, которая выпускает споры, которые снова становятся одиночными амебами.
Изолированный от гниющих листьев, собранных в лиственном лесу в Северной Каролине летом 1933 года, Дикти годами использовался для изучения развития, а в последнее время — конфликтов и сотрудничества.За прошедшие годы этот модельный организм приспособился к выращиванию в трясущихся колбах с жидкостью, вдали от почвы, которую биолог Вашингтонского университета в Сент-Луисе Джоан Штрассманн характеризует как «вредную и ужасающую среду для обитающих там мелочей». "В 1998 году Дэвид Квеллер и Штрассманн, работавшие тогда на факультете Университета Райса в Хьюстоне, начали изолировать и работать с дикими клонами Dicty из почвы, собранной на полевой станции в Вирджинии и других местах в США. , они открыли целый новый мир.Все дикти питаются бактериями, но некоторые клоны (генетически идентичные амебы) также их выращивают — или, по крайней мере, они собирают бактерии, переносят их на новые места и осторожно собирают.Клоны-фермеры также несут бактерии, которые выделяют химические вещества для защиты от амеб, которые не заботятся о своем собственном сельском хозяйстве.
Эти защитные товарищи не только подавляют рост нефермеров, но и каким-то образом стимулируют рост фермеров.Ученые, которые с тех пор переехали в Вашингтонский университет в Сент-Луисе, описывают эту миниатюрную экосистему и ее участников в онлайн-издании Nature Communications от 13 сентября 2013 года.«Наши результаты показывают, что успешное земледелие представляет собой сложную эволюционную адаптацию, поскольку требует дополнительных стратегий, таких как привлечение третьих лиц, для эффективной защиты и приватизации сельскохозяйственных культур», — пишут ученые.Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Амебы — переносчики семенной кукурузы«С этим организмом была проделана большая работа», — сказала Дебра Брок, научный сотрудник лаборатории Квеллера / Штрассманна. "Но модельный организм произошел от дикого клона, который, вероятно, не был фермером.«Я много лет работал с аксеническим клоном (модельный организм, приспособленный для роста в жидкости), когда я поступил в лабораторию Квеллера / Штрассманна в качестве аспиранта.
У них была большая коллекция клонов дикого дискоидума, которую я никогда не изучал.«Когда я посмотрел на эти клоны под микроскопом, я увидел, что некоторые из них несли бактерии в своих сорах, которые должны были быть стерильными.
Простой анализ подтвердил, что сора этих клонов засеяла новые участки роста бактерий, в то время как сора от клонов в котором не было бактерий, не было ".Похоже, амебы разносили бактерии, чтобы у них всегда была еда. Но других ученых это не убедило.В конце концов, амебы выращиваются на бактериях в лаборатории; возможно, они просто случайно подхватили эти бактерии.
«Сначала это была тяжелая битва», — сказал Брок. Но, выделив новые клоны из дикой природы, которые также несли в своих сорах съедобные бактерии, и прогнав клоны с помощью анализов, которые показали, например, что фермеры, очищенные от бактерий, снова заберут их, ученые в конечном итоге сделали свое дело.Как заявили исследователи в статье Nature, опубликованной в 2011 году, около трети диких клонов являются носителями, семенами и разумно собирают съедобные бактерии, считаясь фермерами, хотя и примитивными.Амебы, несущие химическое оружие
Но на самом деле ситуация была более сложной. Брок быстро понял, что некоторые из бактерий, обнаруженных в связи с Dicty, несъедобны. «Я отправлял бактериальную ДНК на секвенирование и просматривал последовательность, когда она вернулась.
Иногда бактерии были похожи на человеческие патогены.«И снова было непонятно, что происходит», — сказал Брок. «Были ли эти бактерии паразитами на амебах? Были ли они безбилетниками, которых амебы случайно подобрали, когда они подобрали пищевые бактерии?
Были ли они патогенами, вызывающими заболевание амеб?»Но амебы, несущие эти бактерии, казались скорее процветающими, чем больными. И она также знала, что в других системах фермеры носят защитных симбионтов. Муравьи-листорезы, например, несут бактерии, которые помогают предотвратить заражение грибами их садов другими грибами.
Могут ли несъедобные бактерии на Dicty быть защитными симбионтами?Разумеется, анализы показали, что, когда фермеры разносили определенные несъедобные сорта, производство спор у несельскохозяйственных животных снижалось, в некоторых случаях более чем наполовину. Супернатанты (промывки) от бактериальных культур имели аналогичные эффекты, предполагая, что бактерии секретировали биомолекулы, которые отравляли нефермеров, не давая им поедать фермерские культуры.
Но на этом сюрпризы не закончились. Оборонительные симбионты не только давят нефермеров, они, кажется, также помогают фермерам процветать. Брок подозревает, что амебы и бактерии питаются друг от друга. «Вероятно, они что-то дают этим бактериям, а бактерии что-то обеспечивают им. В настоящее время я пытаюсь понять это», — сказала она.
Прилагается ли сельское хозяйство?Большой вопрос для команды, всех эволюционных биологов, заключался в том, почему земледелие у Дикти эволюционно стабильно?
Почему эта адаптация сохраняется и, наоборот, почему она не распространяется на все население? Ответ заключается в том, что ценность фермерства как стратегии зависит от обстоятельств.Само по себе сельское хозяйство не дает клонам Dicty преимущества в выборе.
Если еды много, одни только нефермеры производят больше спор, чем одни только фермеры. Причина в том, что сельское хозяйство обходится дорого. Фермеры сохраняют примерно половину доступных им бактерий, отказываясь от значительной пищи, чтобы сохранить часть для распространения на новом участке. Подобно людям-фермерам, они стараются никогда не прикасаться к своей «семенной кукурузе».
Однако ситуация меняется, если пищи не хватает — если амебы расселяются на участке без хорошего источника — фермеры производят больше спор, чем те, кто не занимается фермерством, потому что они могут сделать свой новый участок продуктивным.Что происходит, когда фермеры и нефермеры находятся в прямой конкуренции? Фермеры производят ценный урожай, который могут быть съедены клонами, не занимающимися фермерским хозяйством, которые не оплачивают затраты на сельское хозяйство, что снова делает сельское хозяйство проигрышной стратегией.
Вот где вступают в игру защитные симбионты. В статье Nature Communications ученые описывают тесты, в которых они смешивали фермеров и не фермеров в разных пропорциях, чтобы увидеть, как они будут вести себя в условиях прямой конкуренции друг с другом.По мере увеличения доли фермеров в миксе, нефермеры производили гораздо меньше спор, а производство спор у фермеров не изменилось.Эти результаты показывают, что социальные амебы заставляют сельское хозяйство платить больше, чем фермеры во всем мире, приватизируя свои посевы.
Без помощи человеческих институтов, гарантирующих права собственности или справедливое разделение товаров, они отстаивают свои права с помощью химического оружия.«Это наглядный пример, который показывает, что когда вы начинаете смотреть на естественную историю вещей, даже микробов, которые люди мало изучают, вы обнаруживаете, что происходят удивительные вещи», — сказал Квеллер.
«Речь также идет о непредубежденности», — сказал Штрассманн. «Когда вы видите вещи, которые не совсем соответствуют стандартной истории, хороший ученый не будет пытаться вставить их в историю, а вместо этого поймет, что происходит что-то другое, и попытается понять это».