Амебы ищут родственников на заклание

Одноклеточные амебы – простейшие из животных, ведут уединенный, как правило, водный образ жизни. Передвигаются, периодически выпячивая цитоплазму, с помощью тех же «выростов» захватывая пищу из внешней среды. Когда пищи становится недостаточно или меняются условия среды обитания, некоторые виды амеб организуют агломерации:

простейшие объединяются в многоклеточные «сгустки», и четверть амеб жертвуют собой, формируя «постамент», на котором остальные и переживают неблагоприятные условия, образуя споры.

Такое социальное поведение амеб, когда часть популяции добровольно расстается с жизнью, долгое время вызывало определенное недоумение ученых, ведь в процессе разделения социума на жертв обстоятельств и выживших не хватало какого-то эволюционного принципа. Каким-то образом должна была осуществляться передача генетического материала жертв будущим поколениям, это бы объяснило ту легкость, с которой одноклеточные расстаются с собственной жизнью ради популяции. В противном случае они неизбежно пытались бы выжить за счет других и мы бы вряд ли наблюдали в микроскоп массовое самоубийство.

Амебы вида Dictyostelium discoideum подтвердили гипотезу эволюционистов и микробиологов. Обнаруженный принцип немногим отличается от «кровного родства», очень распространенного и в куда более сложно организованных сообществах разумных многоклеточных организмов. Статья Элизабет Островски и её коллег из университета Райса, описывающая генетические основы социального поведения амеб, вышла в свет в свежем номере журнала PLoS Biology.

Dictyostelium discoideum распространена в сырых лесных почвах на востоке североамериканского континента, а также в восточной части Азии. Сталкиваясь с неблагоприятными условиями, амебы собираются в комок из десяти-ста тысяч особей, который медленно передвигается в сторону более теплых и более влажных условий, после чего примерно 20% сгустка отмирает, оставляя сферический комок спор стоять на постаменте. Этот постамент помогает популяции распространиться при помощи ветра, а так же защищает от неблагоприятных условий в почве во время спорообразования.

В своем эксперименте ученым удалось непосредственно наблюдать разделение различных штаммов амеб в отдельные агрегации при образовании многоклеточного тела. При этом Островски сумела количественно оценить степень пространственного разделения в зависимости от степени генетического родства.

Конечно, в случае взаимодействия простейших организмов нельзя говорить о распознавании «родственников» и «чужих» в многоклеточной мешанине.

Однако то, что в таком образовании разделение идет, несмотря на отсутствие внешних признаков генетического родства, ученые все же догадывались, тем более что подобное разделение было описано для других амеб – D.purpureum. Но последние в «асоциальном» поведении, когда генетически не родственные организмы выживают за счет посторонних, замечены не были, в то время как отдельные особи «героини этого исследования» D.discoideum нередко выживают за счет других.

Работа была поставлена сравнительно просто: ученые попарно смешивали в тестовой емкости несколько природных штаммов амеб с одним и тем же хорошо изученным «штаммом сравнения». Генетическую же дистанцию между штаммами исследователи оценивали за счет сравнения двенадцати микросателлитных локусов из всего генома.

Смешиваясь, штаммы образовывали многоклеточные тела на поверхности смоченных нитроцеллюлозных фильтров. За счет того, что штамм сравнения был предварительно покрашен флуоресцентной краской, для ученых не составило трудности определить картину пространственного распределения штаммов разного происхождения. Оказалось, что принцип, лежащий в основе разделения амеб, не просто «свой – чужой».

Амебы оказались тем лучше разделены, чем дальше друг от друга в генетическом смысле оказывались их штаммы. Генетически же близкие штаммы разделялись очень неохотно.

Хотя механизм формирования «струй» остался до конца неизученным, ученые предполагают, что дело в межклеточной адгезии, более сильной в случае близкородственных организмов и ослабевающей по мере генетического удаления штаммов. Эта адгезия позволяет одноклеточным сформировать «струи» клеток еще на стадии формирования многоклеточного тела, до разделения клеток на жертв и выживших.

Эволюционно такое разделение вполне логично, ведь если один штамм лучше приспособился к условиям окружающей среды, чем другой, то ему выгоднее самостоятельно провести формирование многоклеточного тела и спорообразование, чем тащить на себе груз менее приспособленного сородича. Подобное разделение позволяет минимизировать количество асоциальных элементов в многоклеточном организме – «нахлебников», попросту выталкиваемых из многоклеточного тела.

Без нарушителей закона все же не обходится:

многоклеточные тела D.discoideum, образующиеся как в лабораторных условиях, так и в дикой природе, всегда содержат некоторую долю таких жуликов, умудряющихся выжить в генетически не родственном окружении за счет супрессии определенных генов. Вероятно, такое самозванство тоже имеет эволюционные основы.