Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка Подписчиков 12.995 RSS
←   Июнь 2006   →
 1
 2
 3
 4
 5
05.06.2006
13:22:27
14:41:45
 6
06.06.2006
12:18:45
15:21:24
 7
 8
08.06.2006
15:13:22
20:44:45
 9
10
11
12
13
13.06.2006
11:57:38
17:03:59
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://elementy.ru
Открыта: 09-05-2006

Автор
Редакция сайта "Элементы"

Статистика

12.995 подписчиков
-1 за неделю
←   Все выпуски   →

Социальный конфликт среди дрожжей: трудяги и обманщики


Научно-популярная библиотека на «Элементах»

В. Н. Тутубалин и др. Математическое моделирование в экологии: Историко-методологический анализ.

Книга о реальной эффективности применения математических моделей в экологии и других науках, о «колодках мышления» и о чернобыльской катастрофе.

Социальный конфликт среди дрожжей: трудяги и обманщики

06.06.2006

Картина французского художника XVII века Жоржа де Латура «Шулер с бубновым тузом» (Париж, Лувр). Обманщик (слева) спрятал лишнюю карту сзади под кушак и готов ее вынуть, когда понадобится. Репродукция с сайта www.wga.hu
Картина французского художника XVII века Жоржа де Латура «Шулер с бубновым тузом» (Лувр, Париж). Обманщик (слева) спрятал лишнюю карту сзади под кушак и готов ее вынуть, когда понадобится. Репродукция с сайта www.wga.hu

Среди дрожжей есть штаммы «кооператоров», работающие медленно, но добросовестно: полностью окисляя питательный субстрат — глюкозу, они производят максимальное количество энергии в расчете на единицу потребленного ресурса. А есть дрожжи-«обманщики», которые очень быстро поглощают общий ресурс, но используют его неэффективно: не доводят окисление глюкозы до конца, а получив сиюминутную выгоду, выбрасывают во внешнюю среду вредные промежуточные продукты своего обмена веществ. В проточной культуре «обманщики», конкурируя с «кооператорами», полностью вытесняют их, но в несменяемой среде стратегия добросовестной работы, используемая «кооператорами», может оказаться более успешной.

Когда организмы одного вида начинают сотрудничать ради более рационального использования общего ресурса, они неизбежно сталкиваются с ограничениями, накладываемыми на каждую отдельную особь. Если речь идет о людях, то они договариваются о соблюдении определенных правил «общественного поведения». Если речь идет о микроорганизмах, то подобные правила формируются естественным отбором. В этом нет противоречия с основным принципом отбора — выживанием и размножением сильнейших. Ведь уступки, на которые идут отдельные особи, компенсируются общим благом (по крайней мере, для данной группы индивидуумов, связанных узами дальнего родства).

Но в семье не без урода. Время от времени появляются мутанты (или просто особи с другим генотипом, занесенные извне), которые не соблюдают эти правила, захватывают непропорционально много ресурсов и быстрее наращивают свою численность, а соответственно, и быстрее распространяют в популяции гены, ответственные за столь эгоистичное поведение. Однако «быстро» не означает эффективно или рационально с «точки зрения» всей популяции. Эгоистичные особи — это, как правило, еще и «обманщики» (англ. cheater). Они не несут издержек на поддержание всей популяции, работают исключительно на себя и нередко ведут к подрыву благосостояния всей популяции.

Дрожжи — микроскопические организмы, между которыми, конечно, не может быть настоящих социальных отношений. Однако конфликт интересов между представителями разных штаммов вполне возможен, тем более если эти штаммы различаются стратегиями использования ресурсов. Проблему сосуществования двух штаммов дрожжей — «кооператоров» и «обманщиков» — исследовали специалисты из Центра популяционной биологии при Лондонском имперском колледже и из Отдела математики Университета в Бате (Англия).

«Кооператоры» медленно использовали глюкозу, осуществляя в процессе дыхания полное ее окисление до СО2 и воды (при этом образовывалось большое количество АТФ на единицу потребленной глюкозы). «Обманщики» поглощали глюкозу быстрее, чем «кооператоры», но, начав процесс окисления, они не доводили его до конца, а, получив определенную выгоду (но далеко не всю, какую можно было бы получить), выбрасывали во внешнюю среду вредные промежуточные продукты своего метаболизма. Один из таких продуктов — этиловый спирт: накопление его в среде тормозит дальнейшее размножение клеток даже при наличии исходного ресурса. Выход АТФ в расчете на единицу потребленной глюкозы при столь расточительном ее использовании оказывается существенно ниже. Таким образом, платой за высокую скорость была пониженная эффективность и «загрязнение» среды вредными веществами.

Клетки дрожжей Saccharomyces (фото с сайта www-micro.msb.le.ac.uk)
Клетки дрожжей Saccharomyces (фото с сайта www-micro.msb.le.ac.uk)

В ходе экспериментов, проведенных британскими исследователями, выяснилось, что если оба штамма культивировать в хемостате (проточной культуре, где поддерживается определенная концентрация субстрата — глюкозы), то «обманщики», имея более высокую скорость популяционного роста, вытесняют «кооператоров». Однако при культивировании в колбах в среде с ограниченным количеством глюкозы оба штамма устойчиво сосуществовали, а успех «кооператоров» был выше при высокой их численности.

Для того чтобы разобраться в механизмах, ответственных за конкурентное взаимодействие штаммов, пришлось построить математическую модель проводимого дрожжами двухэтапного окисления глюкозы. На первом этапе организмы потребляли из среды сахар и частично окисляли его, давая промежуточные продукты обмена (сохраняемые внутри клетки) и некоторое количество АТФ. На втором этапе эти промежуточные продукты или полностью окислялись до СО2 (при этом образовывалось много АТФ), или же в неизмененном виде выделялись во внешнюю среду. Параметры модели подбирали на основе опубликованных данных по биохимии дрожжей. «Обманщики» отличались от «кооператоров» только тем, что имели более высокую скорость гликолиза — начального этапа окисления глюкозы, в ходе которого образуется пируват (пировиноградная кислота) и немного АТФ.

Модель показала хорошее соответствие результатам эксперимента. Успех «обманщиков» был наименьшим в тех случаях, когда в среде накапливалось большое количество промежуточных продуктов обмена и, соответственно, затруднялась диффузия этих веществ из клеток дрожжей. Стало понятным и то, почему в проточной культуре «обманщики» оказывались победителями. Ведь в этом случае вредные продукты обмена, выделяемые ими в среду, всё время удалялись, а скорость роста их популяций оставалась высокой, поскольку пища (глюкоза) продолжала поступать в среду.

Источник: R. Craig MacLean, Ivana Gudelj. Resource competition and social conflict in experimental populations of yeast // Nature. 2006. V. 441. P. 498-501.

P.S. В нашем индустриальном обществе аналогом дрожжей-обманщиков могут быть несознательные автомобилисты, использующие машины с мощным, но не экономичным, и к тому же сильно загрязняющим среду, двигателем. А другой аналогией (справедливой во все времена) может быть поведение крайне невоспитанного человека, которому в гостях предложили большое блюдо с фруктами, надеясь на то, что он выберет себе что-то одно, а он взял, да и стал надкусывать все лежащие там яблоки, груши и персики. В результате остальные гости остались без угощения, а надкусанные фрукты пришлось выбросить в помойное ведро.

Алексей Гиляров

Эта новость на «Элементах»
 
Конкурс ответов на детские вопросы. Участвовать могут все. Главный приз — цифровой фотоаппарат.

Публичные лекции фонда «Династия» на «Элементах»

Лауреат Нобелевской премии по физике 2004 года Дэвид Гросс. «Грядущие революции в фундаментальной физике».

Академик Владимир Игоревич Арнольд. «Сложность конечных последовательностей нулей и единиц и геометрия конечных функциональных пространств» (лекция опубликована в двух вариантах — популярном и математическом).

Предыдущие новости

05.06 Первым одомашненным растением был инжир

Израильские археологи обнаружили хорошо сохранившиеся остатки плодов инжира возрастом 11200–11400 лет. Судя по отсутствию семян, эта разновидность фигового дерева не могла размножаться без помощи человека. А значит, инжир был одомашнен ближневосточными земледельцами на 1000 лет раньше, чем злаки и бобовые.

05.06 Стекло способно восстанавливаться после облучения

Известково-силикатные стекла способны за несколько минут устранять микроразрушения, полученные ими при облучении электронным пучком. Открытие окажется полезным для технологии безопасного хранения радиоактивных материалов.

01.06 Cамым примитивным животным на земле оказался трихоплакс

Анализ митохондриального генома трихоплакса — загадочного многоклеточного существа, чрезвычайно просто устроенного — показал, что это самое архаичное из всех ныне живущих животных. Трихоплакс, по-видимому, стоит намного ближе к общему предку всех животных, чем губки и кишечнополостные.

01.06 Наследственная информация записана не только в ДНК

Французские генетики обнаружили у мышей необычный механизм передачи наследственной информации. Иногда у мышат могут проявляться признаки, характерные для их родителей, даже если гены, определяющие эти признаки, у мышат отсутствуют. По-видимому, кроме ДНК, врожденные качества определяются и другими молекулами, прежде всего РНК.

31.05 Гонококки обманывают иммунную систему, внося контролируемые изменения в свой геном

Гонококк Neisseria gonorrhoeae способен вносить изменения в ген своего поверхностного белка пилина, что затрудняет выработку иммунитета у зараженных людей. Этот процесс предполагает наличие в клетке гонококка двух копий генома. Американским микробиологам удалось показать, что действительно так и есть.

30.05 Подводные леса контролируются «сверху»

Экосистема подводных «лесов» — зарослей крупных бурых водорослей — зависит не столько от притока биогенных элементов, сколько от воздействия хищников. Регуляция «сверху вниз» (от потребителей к пище), а не «снизу вверх» (от пищи к потребителям) характерна как для нижнего трофического уровня (водорослей), так и для следующего за ним уровня растительноядных животных.

29.05 Обезьяны думают о будущем

С помощью серии тщательно продуманных экспериментов немецкие этологи показали, что способностью предвидеть будущее обладает не только человек. Обезьяны — орангутаны и бонобо — тоже планируют свои действия. Оба вида обезьян припасали нужные орудия для получения в дальнейшем той или иной награды.

29.05 Жесткое облучение и высокие давления приводят к необычным превращениям вещества

Немецкие ученые открыли новый тип фазовых переходов. В их экспериментах облучение тяжелыми ионами твердых материалов под высоким давлением приводило к неожиданным структурным изменениям вещества.

26.05 Новый метод лечения рака объединяет вирусы с клетками иммунной системы

Селективно убивать раковые клетки можно с помощью специфических онколитических вирусов. Однако против таких «полезных» вирусов восстает наша собственная иммунная система. Антивирусные барьеры могут быть преодолены, если для доставки онколитического вируса к раковым опухолям использовать сами клетки иммунной системы.
В избранное