Вчені виявили бактерії, що потрапили в нескінченну еволюційну петлю часу

Озеро Мендота у Вісконсіні трансформується під впливом зміни сезонів: взимку воно покривається льодом, а влітку водоростями. Нове дослідження, опубліковане в журналі Nature Microbiology, показує, як ці циклічні зрушення змушують бактерії озера вступати в еволюційні цикли.

Під керівництвом вчених з Техаського університету в Остіні група, яка проводила дослідження, проаналізувала 471 зразок мікробів із озер, зібраних за 20 років, вивчаючи генетичні зміни всередині видів та між ними з часом.

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

Дані показали, що тисячі видів бактерій еволюціонують упродовж поколінь, а потім повертаються до практично ідентичного стану у міру зміни сезонів. Оскільки мікроби живуть лише кілька днів, ми говоримо про генетичну еволюцію, яка перетинає тисячі поколінь протягом одного року.

Ці цикли повторювалися з року в рік, як відео, яке програється спочатку, а потім відтворюється у зворотному порядку до вихідної точки. З 2855 вивчених бактеріальних геномів циклічні сезонні зміни було виявлено у 80 відсотках із них.

"Це дослідження повністю змінює наше розуміння того, як мікробні спільноти змінюються з часом", - говорить океанолог Бретт Бейкер з Техаського університету в Остіні.

«Це лише початок того, що ці дані розкажуть нам про екологію та еволюцію мікроорганізмів у природі».

Аналіз показав, що в міру зміни умов навколишнього середовища різні штами бактерій могли процвітати і ставати домінуючими, але при цьому поступатися позиціями іншим штамам, коли пори року змінювалися назад. Близько 20 відсотків вивчених видів показали стійкішу модель генетичних змін, що охоплює десятиліття.

Це було особливо помітно у 2012 році, коли озеро пережило літо, яке було спекотніше та суші звичайного. Команда відзначила суттєве зрушення в генах, які керують азотним метаболізмом бактерій у тому році — швидше за все, через нижчий рівень водоростей, що виробляють азот, внаслідок меншого припливу води в озеро.

Використовуючи суперкомп'ютер, що значно прискорив процес, дослідники зібрали з кожного зразка води так звані метагеноми - метод, розроблений для ретельного вивчення генетичних послідовностей фрагментів ДНК з часом.

"Уявіть, що геном кожного виду - це книга, а кожен маленький фрагмент ДНК - це пропозиція", - говорить мікробіолог Робін Ровер з Техаського університету в Остіні. «У кожному зразку є сотні книг, усі з яких розрізані на ці речення.

«Щоб зібрати кожну книгу наново, потрібно з'ясувати, з якої книги взято кожну пропозицію, і зібрати їх по порядку».

Результати дослідження показують, що екологія та еволюція, мабуть, йдуть пліч-о-пліч, а не діють окремо, і це важлива точка зору для дослідників, особливо при вивченні планети, яка продовжує нагріватися.

Знання того, які штами бактерій домінуватимуть, допомагає вченим, наприклад, з'ясувати, скільки вуглецю можуть поглинути озера, і як водні харчові ланцюги можуть постраждати через адаптацію до тепліших сезонів.

«Зміна клімату повільно зміщує пори року та середні температури, але також викликає різкіші, екстремальніші погодні явища», — каже Ровер.

"Ми не знаємо точно, як мікроби відреагують на зміну клімату, але наше дослідження припускає, що вони будуть еволюціонувати у відповідь як на ці поступові, так і на ці різкі зміни".

Фото: Робін Ровер/Техаський університет в Остіні

Читайте також: Загадка еволюції: вчені ідентифікували новий вид птерозаврів

Читайте також: Названо вид, здатний замінити людей на Землі після їх зникнення