Ученые обнаружили бактерии, попавшие в бесконечную эволюционную петлю времени

Озеро Мендота в Висконсине трансформируется под воздействием смены сезонов: зимой оно покрывается льдом, а летом — водорослями. Новое исследование опубликованое в журнале Nature Microbiology, показывает, как эти циклические сдвиги заставляют бактерии озера вступать в эволюционные циклы. 

Под руководством ученых из Техасского университета в Остине группа, проводившая исследование, проанализировала 471 образец микробов из озер, собранных за 20 лет, изучая генетические изменения внутри видов и между ними с течением времени.

Підписуйтеcь на наш Telegram-канал Lenta.UA - ЄДИНІ незалежні новини про події в Україні та світі

Данные показали, что тысячи видов бактерий эволюционируют на протяжении поколений, а затем возвращаются к практически идентичному состоянию по мере смены сезонов. Поскольку микробы живут всего несколько дней, мы говорим о генетической эволюции, пересекающей тысячи поколений в течение одного года.

Эти циклы повторялись из года в год, как видео, которое проигрывается сначала, а затем воспроизводится в обратном порядке, к исходной точке. Из 2855 изученных бактериальных геномов циклические сезонные изменения были обнаружены в 80 процентах из них.

«Это исследование полностью меняет наше понимание того, как микробные сообщества меняются с течением времени», — говорит океанолог Бретт Бейкер из Техасского университета в Остине.

«Это только начало того, что эти данные расскажут нам об экологии и эволюции микроорганизмов в природе».

Анализ показал, что по мере изменения условий окружающей среды различные штаммы бактерий могли процветать и становиться доминирующими, но при этом уступать позиции другим штаммам, когда времена года менялись обратно. Около 20 процентов изученных видов показали более устойчивую модель генетических изменений, охватывающую десятилетия.

Это было особенно заметно в 2012 году, когда озеро пережило лето, которое было жарче и суше обычного. Команда отметила существенный сдвиг в генах, управляющих азотным метаболизмом бактерий в том году — скорее всего, из-за более низкого уровня водорослей, производящих азот, в результате меньшего притока воды в озеро.

Используя суперкомпьютер, значительно ускоривший процесс, исследователи собрали из каждого образца воды так называемые метагеномы — метод, разработанный для тщательного изучения генетических последовательностей фрагментов ДНК с течением времени.

«Представьте, что геном каждого вида — это книга, а каждый маленький фрагмент ДНК — это предложение», — говорит микробиолог Робин Ровер из Техасского университета в Остине. «В каждом образце есть сотни книг, все из которых разрезаны на эти предложения.

«Чтобы собрать каждую книгу заново, нужно выяснить, из какой книги взято каждое предложение, и собрать их по порядку».

Результаты исследования показывают, что экология и эволюция, по-видимому, идут рука об руку, а не действуют по отдельности, и это важная точка зрения для исследователей, особенно при изучении планеты, которая продолжает нагреваться.

Знание того, какие штаммы бактерий будут доминировать, помогает ученым, например, выяснить, сколько углерода могут поглотить озера, и как водные пищевые цепи могут пострадать из-за адаптации к более теплым сезонам.

«Изменение климата медленно смещает времена года и средние температуры, но также вызывает более резкие, экстремальные погодные явления», — говорит Ровер.

«Мы не знаем точно, как микробы отреагируют на изменение климата, но наше исследование предполагает, что они будут эволюционировать в ответ как на эти постепенные, так и на эти резкие изменения».

Фото: Робин Ровер/Техасский университет в Остине

Читайте также: Загадка эволюции: ученые идентифицировали новый вид птерозавров

Читайте также: Назван вид, способный заменить людей на Земле после их исчезновения