Теперь ученые из Массачусетского технологического института обнаружили, что такие мутуалистические отношения не всегда высечены на камне. В зависимости от условий окружающей среды, некогда симпатичные виды могут стать конкурентами, а в крайних случаях один вид может даже довести другой до полного исчезновения.
Изучая два похожих штамма дрожжей, исследователи обнаружили, что это ухудшение отношений отмечено множественными изменениями степени взаимозависимости видов. Более того, такие мутуалистические отношения имеют тенденцию нарушаться в более «благоприятных» средах, таких как условия, богатые питательными веществами, в которых каждый вид не обязан полагаться исключительно на другого, чтобы выжить.Исследователи опубликовали свои результаты в журнале PLOS Biology. Группу возглавляет Джефф Гор, доцент кафедры физики в Массачусетском технологическом институте, занимающийся развитием семейной карьеры.
В ее состав входят Тим Хук, который провел большую часть экспериментов в качестве стажера-исследователя в группе физики живых систем Массачусетского технологического института; Евгений Юрцев, Томмазо Бьянчалани и Цзинхуэй Лю из той же группы; и Кевин Аксельрод из Гарвардского университета.Разрыв отношенийВ лабораторных экспериментах Гор и его коллеги изучали взаимодействия между обычно мутуалистическими штаммами дрожжей, которые скрещиваются друг с другом, каждый из которых производит необходимую аминокислоту для другого.
Исследователи поставляли дрожжам постепенно увеличивающееся количество питательных веществ и наблюдали популяционные изменения в штаммах, выращиваемых как вместе, так и по отдельности. Они обнаружили, что в условиях бедности питательными веществами оба штамма лучше работали вместе, чем поодиночке, создавая более мутуалистические отношения, в которых каждый штамм сильно зависел от другого.
Противоположное было верно в условиях с большим количеством питательных веществ: штаммы, казалось, хуже работали вместе: один доминирующий штамм увеличивался в размерах, а другой истощался и в конечном итоге исчез.Интересно, что по мере того, как количество питательных веществ постепенно увеличивалось, отношения между штаммами, изначально мутуалистические, переходили через несколько фаз, прежде чем переросли в конкуренцию и даже исчезновение одного партнера. С небольшим количеством дополнительных питательных веществ штаммы установили «обязательный мутуализм», при котором они были вынуждены сосуществовать, чтобы выжить.
При увеличении количества питательных веществ закрепился «факультативный мутуализм», при котором два штамма могли выжить сами по себе, но лучше работали вместе. При еще большем количестве питательных веществ эти отношения уступили место «паразитизму», при котором один штамм процветал, а популяция другого резко сокращалась.Наконец, когда исследователи добавили к штаммам самую высокую концентрацию питательных веществ, они обнаружили, что ранее существовавшие взаимоотношения между дрожжами полностью разрушились: оба штамма хуже росли вместе, причем один штамм превосходил другой по питательным веществам, что в конечном итоге привело к более слабому штамму. к исчезновению.
«Что удивительно, часто, когда мы говорим об этих взаимодействиях между видами, мы говорим:« О, рыба-клоун и анемон — это мутуализм, тогда как лев и антилопа — хищник-жертва ». Мы говорим об этих видах, имеющих фиксированные взаимодействия, — говорит Гор. «В то время как здесь мы видим, что эти штаммы проходят через все эти разные режимы, просто изменяя одну ручку».А "нишевое перекрытие"На основе своих экспериментов исследователи разработали простую модель для предсказания типа мутуалистических отношений, которые будут развиваться между двумя штаммами, учитывая, как их популяции менялись с течением времени.«В мутуализме мы видим, что сначала численность каждого вида становится равной, 50-50, а затем общий размер популяций достигает равновесия, тогда как в конкурентном режиме все наоборот», — объясняет Гор. «Таким образом, мы можем определить, в каком режиме взаимодействия находятся виды, основываясь на динамике видов».
Однако может быть предел степени разрушения мутуалистических отношений. Исследователи отмечают, что два штамма дрожжей, которые они изучили, были генетически очень похожи и имели очень похожие потребности в ресурсах, питаясь одинаковыми питательными веществами, чтобы оставаться в живых.
Это «перекрытие ниш» может предрасполагать генетически близкую пару видов к полному разрыву друг с другом в благоприятных, богатых питательными веществами условиях и вместо этого конкурировать за одни и те же ресурсы.Мутуалистические пары, такие как рыба-клоун и анемоны, или, аналогично, муравьи и деревья акации, могут быть достаточно разными по своим пищевым потребностям, чтобы они, вероятно, не попали в полный крах.
«Мы думаем, что степень совпадения ниш будет влиять на то, как далеко вы пойдете по спектру мутуализма-паразитизма, когда окружающая среда станет благоприятной», — говорит Гор.В конечном итоге результаты группы могут помочь ученым лучше понять, каким образом взаимодействие в природе может меняться в зависимости от изменяющейся окружающей среды.
«Существует общее представление о том, что более сложные условия благоприятствуют взаимодействию мутуалистического типа», — говорит Гор. «Эти эксперименты дополнительно подтверждают идею о том, что мутуализм часто нарушается или становится более конкурентоспособным в более благоприятных условиях. Это то, что люди видели некоторые доказательства в естественных популяциях, но это хороший контекст, в котором мы можем это увидеть. происходит очень прямо ".