Развитие на взаимноизгодна симбиоза предотвратява егоистични еволюция симбионти, генериращи "измамници", които искат само да се вземе, без да дава нищо в замяна. И все пак тя остава загадка, защо не измамници сред гъби култивирани от термити. Както се оказа, че причината е, че тези гъби в мравуняците на термитите винаги растат като монокултури. Това елиминира конкуренцията между гъби могилни вътре и не им позволява да се развива егоистично.
1. измамници - основна пречка за развитието на сътрудничеството
Ако не беше проблемът с "измамници", генерирани от липсата на еволюция на далновидност и грижа за дара на "добър вид" (за разлика от физически лица или ген), нашата планета, най-вероятно ще бъде като рай на земята - царството на универсалната любов и приятелство. Но еволюцията е сляп, и следователно сътрудничество се развива само когато даден сливане на специфичните обстоятелства за еволюционна помага ограничаване на измамници или да предотврати настъпването им.
Ако системата се състои от голяма многоклетъчен "магистър" и малко "symbiont", след това бъде домакин на най-лесният начин да се гарантира, генетични симбионти самоличност - е да ги прехвърляте вертикално, което е по наследство, и да направите това е само на един пол - или мъжки или женски , Тя е толкова прехвърля, например, митохондриите във всички еукариоти - строго чрез по майчина линия, както и митохондриите самовъзпроизвеждането разклонява. Само премине от поколение на поколение техните култури листоядни мравки. Когато вертикален трансфер на генетичното разнообразие симбионти автоматично поддържане в близост до нулево равнище на генетично отклонение и "тесни места" (вж. Джийн поток като еволюция фактор).
Въпреки това, съществуват в симбиоза система и хоризонталните симбионти трансфер. В такива системи, всеки хост симбионти генетични отклонения, те запазват способността да егоистично еволюцията и затова сред тях и след това там са измамници. Например, известни щамове на светещи бактерии между измамници (симбиоза риба и калмари), азотни фиксиране rhizobial бактерии (симбионти растения) микоризал гъбички Zooxanthellae (симбионти корали). Във всички тези случаи, за развитието на "неиздържал", за да се гарантира, генетични еднородност симбионти, така че собствениците трябва да се справят с мами и по други начини - например, имунологични. Тя не е толкова ефективен, но какво да се прави: естествен подбор вижда само моментно полза и не се интересува от далечните еволюционни перспективи.
Камера за отглеждане на гъби в гнездо на термити, Macrotemies. Снимки на обсъжданата статия в науката
2. Riddle термити-гъба
Термити подсемейство macrotermitinae, усвоили ефективно селско стопанство (отглеждане на гъби), все още изглежда изключение от горните правила. Прехвърляне симбионти (опитомени гъбични култури) те не са вертикално но хоризонтално, но гъби измамници в градините са напълно отсъства.
Термити симбиоза с гъбички стана, след като преди повече от 30 милиона години в екваториална Африка и е много успешна. В момента подсемейство термити-гъба съдържа 10 рода и около 330 вида, които играят важна роля в разпространението на веществата и функционирането на тропически общности на Стария свят. За разлика от гъби, отглеждани листоядни мравки, термити опитомени гъбички са загубили способността им за самостоятелен живот. Те растат само в мравуняците на термитите на специално оборудвани легла от растителен материал, преминали през червата на термити. Тези култивирани гъби формират специален вид Termitomyces, всички видове, които са неразривно свързани с термити.
Основател и нова колония, термити, събрани в околностите на спорове Termitomyces гъби и ги заразяват своите насаждения. Разбира се, на оригиналния семе е генетично много разнообразна. Гъбите гнездо на термити, образуват специални малки плодови тела (нодули), съдържащи безполов спори (конидии). "Безполово" тези спорове се наричат, защото те са произведени без мейозата и техния геном е идентичен с генома на мицела майка. Спори се използват изключително за отглеждане на гъби във вътрешността на могилата. Термити хранят възли и спори преминават през червата интактни и използвани за семена нови насаждения. Термити конструират "легла" на собствените си изпражнения, в които смлян растителен материал се смесва в желаните пропорции с гъбични спори. Гъбите се не само снабден с хранителни плодни тела на термити, но също така и преработени хаотичен растителен материал, така че самите легла и в крайна сметка да станат годни за консумация, за термити.
Гъби трябва да се грижи и как да влезеш в нови мравуняците на термитите. Спори извън могилата не се прилага обикновено. За тази цел сексуалните спорите (basidiospores). Образуваха в плодни тела от различен тип - голяма, расте през стената от външната страна на могилата. Това е "нормално", обикновените плодни тела, характерни за гъби Basidiomycetes (за базидиомицети са почти всички ядливи гъби плодни тела, които събираме в гората).
От basidiospores, въведени в нова термит гнездо, растат малък хаплоидна мицел (мицел). Клетки от различни хаплоидни мицел се сливат и стават dikaryons - клетка с две хаплоидни ядра. Те растат от тях са "истински" голям dikaryotic мицел в състояние да образува плодни тела. Ядреният синтез в базидиомицети се появява само по време на формирането на basidiospores, точно преди мейоза. Конидии съдържат две хаплоидни ядра като мицел клетки и basidiospores - един.
По този начин, гъбичките произвеждат малки плодни тела главно за термити ( "алтруизъм"), и още - най-вече за себе си ( "егоистични"). -гъбки измамници стратегия би могла да бъде да произвеждат повече големи плодни тела и по-малко млади, прехвърлянето на тежестта на термити, хранещи се с по- малко подвижните съседи, които израстват в същите легла. Но сред Termitomyces измамници не е, и до сега никой не знаеше защо.
3. Един добър симбиот - ключът към успеха
По този начин, става ясно, че термити предотврати появата якета конвенционален начин - чрез монокултури разреждане симбионти. Остава само да се разбере как те успяват да създадат монокултура на първоначално хетерогенен засяване. Също така трябва да се вземат предвид неизбежните случайни преспи "чуждите" basidiospores от околната среда по време на живота на колонията.
За да се изследва тази хипотеза, изследователите се култивират върху изкуствени средни конидии пет гъбични щамове, взети от пет купчини. Има пет типа спори се смесват в различни пропорции. Във всеки експеримент, 50% от посяват спори бе за един от петте щама, а останалата част е 12,5%. Гъби растат толкова дълго, тъй като те не дават първия добив на възелчета с конидии. Резултатите потвърждават напълно на очакванията на изследователите. Установено е, че щамът, който първоначално надделя в културата, възпроизвежда много по-добре от останалите. Сред образувани конидии първи добив средно 84% от доминиращия щам бе спори (в сравнение с 50% при отсъствие на очаква в зависимост от броя на възпроизвеждане).
По този начин, между относителната сила на смесена култура от щам и неговата ефективност размножаване има положителна обратна връзка. Това неминуемо трябва да доведе до образуването на монокултура в рамките на няколко цикъла "преходи",, извършена от термити.
Диаграма обясняващи монокултури Termitomyces повишени добив в сравнение със смесени култури. Смесената култура (вляво) се разделят dikaryotic мицел рядко се развиват заедно, да растат заедно, защото те могат само генетично идентични мицел. Малък изолиран мицел произвежда много малки овощни органи. В монокултура (вдясно) мицел се обединяват в мощни мрежи, които могат да идентифицират бо-голям дял от общите ресурси за производството на плодни тела. В резултат на това общото тегло на овощни органи (и броя на спорите) в монокултура е много по-висока, отколкото в смесен. Фиг. на допълнителни материали към обсъжданата статия в науката
Сега аз трябваше да разбера какво е естеството на тази положителна обратна връзка. От една страна, известно е, че излагането на генетично различна dikaryotic мицел може да стимулира образуването на плодни тела в базидиомицети. Това, изглежда, трябва да доведе до "добив" увеличение на смесени култури - и да се предотврати образуването на монокултура. От друга страна, обработва dikaryotic мицел може да се сливат един с друг, но само ако мицелите са генетично идентични. Колкото по-голям мицела, толкова повече ресурси, с които могат да насочват производството на възли и конидии. Това би трябвало да допринесе за растежа на производителността в монокултура и изместването на "малцинства". Кой от тези два фактора компенсират?
Оказа се, че в смесени култури е наистина произвежда 3-4 пъти повече, отколкото в нодули монокултури. В монокултура възелчета по-малко, но всеки нодули много по-големи. В резултат, общият добив от конидии в смесени култури е само около 15% от монокултурния на изпълнение. Освен това, общата маса на възли в монокултура горе. Това, разбира се, от полза "фермери" - термити.
Може да се предположи, че див предшественик Termitomyces гъби се оказаха успешен кандидат за опитомяването (опитомяването), само защото той е склонен да образува монокултура с гъста засаждане. Повишаване на производителността на монокултури може да стане, че "краткосрочно предимство", което позволи на избора за поддържане и развитие на тази тенденция в ранните етапи на симбиоза. В срока на дългосрочна (macroevolutionary), че е от решаващо значение, тъй като той спаси термити-гъба от заплахата от гъби-измамници. В крайна сметка, тази система е предоставил симбиотична еволюционен успех.
Някои видове термити-гъби след това все още отидоха на вертикалното предаване на гъбични култури, като мравки листо катер. Това би могло по-нататъшно подобряване на ефективността на селското стопанство, тъй като във вертикално предаване на гъбите не е задължително да се възпроизвеждат сами по себе си, и термити може, например, просто ядат повече плодове органи. Въпреки това, до сега доминира Macrotermitinae сред видовете с хоризонтални симбионти трансфер.
Между другото, хората в прехода от лов и събиране на производството на храни (по време на "неолитна революция", която започна преди 10-12 милиона години), проблемът за избор на кандидати за опитомяване, също е изключително остри. Един добър симбиот - рядкост, а в много региони просто не намери подходящ животински и растителни видове. Когато те се случи да бъде най-вече човешката цивилизация започва да се развива с най-голяма скорост. Това бе обсъдено подробно в забележителна книга, "Guns Джаред Даймънд, микроби и стомана» (док-файл, 2.66 MB).
Свързани статии