• Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
2551
Микробы-«путешественники во времени»  – потенциальные «черные лебеди»?
Биология

Микробы-«путешественники во времени» – потенциальные «черные лебеди»?

Один из популярных фантастических сюжетов – эпидемии, вызванные опасными микроорганизмами, «вырвавшимися на свободу» из секретных лабораторий или ледникового плена. Последние фантазии, по мнению ученых, не лишены оснований: таяние ледников и отступление вечной мерзлоты может нести реальную микробиологическую угрозу. Исследователи оценили степень такой опасности, используя методы математического моделирования

Одна из потенциальных угроз как биоразнообразию планеты, так и человечеству связана с биологическими инвазиями – вторжением вида в чуждую ему экосистему. В этих случаях последствия для местных сообществ непредсказуемы, а при успехе «чужака» могут оказаться очень тяжелыми. Так случается из-за отсутствия общей биологической истории и взаимной «притирки» между вселенцами и аборигенными видами.

Наиболее хорошо изучены перемещения видов в «пространстве», на новые территории. Но есть и «путешествия во времени». Темпы таяния ледников и вечной мерзлоты сегодня таковы, что в сообщества могут попасть древние микроорганизмы, сохранившиеся до наших дней во льдах.

Какие могут быть последствия подобного события? С одной стороны, современные виды (к примеру, бактерии) могли сохранить свою, некогда приобретенную, устойчивость к древним патогенам (таким как бактериофаги). Но возможны и альтернативные сценарии, и тогда вселенцы получат преимущество. Оценить эту опасность непросто из-за проблем со сбором соответствующих данных и постановкой экспериментов, особенно с одновременным участием многих видов.

Почвенные микробы. ©CC BY-NC-SA 2.0/ Pacific Northwest National Laboratory

Чтобы оценить реальные экологические риски таких событий, международная группа ученых использовала методы математического моделирования. Виртуальные эксперименты по искусственной эволюции были поставлены с помощью программы Avida, моделирующей эволюцию сложных сообществ из «цифровых микроорганизмов». Такие вирусоподобные патогены из прошлого, смоделированные на основе знаний об известных древних микробах, вторгались в современные сообщества бактериоподобных хозяев, в том числе и зараженные современными патогенами.

Время в Avida измеряется в обновлениях, во время каждого из которых организмы выполняют в среднем 30 «действий». Исследователи соотнесли число обновлений в симуляциях с оценочным числом поколений микроорганизмов в тающем льду, и оказалось, что продолжительность симуляций соответствует примерно 2–4 млн поколений микробной эволюции.

При оценке влияния вторжения древних патогенов на разнообразие современных бактериальных сообществ выяснилось, что в 3,1 % случаев интервенты не только выживали, но и становились доминирующими. И хотя большинство из них не оказывало заметного влияния на состав сообществ, примерно в 1 % случаев результаты оказались непредсказуемыми. Некоторые из таких патогенов увеличивали видовое разнообразие, тогда как другие приводили к вымиранию до трети видов-хозяев.

Может показаться, что 1 % – величина ничтожная. Однако для реальных экосистем имеет значение не большое число «промахов», а принципиальная, пусть и маловероятная, возможность появления «черных лебедей», способных вызвать широкомасштабные необратимые изменения. Риск в этом случае оценивают, рассматривая комбинацию вероятности и величины возможных последствий события. И с этой точки зрения полученные результаты указывают на наличие реальных рисков.

Кроме того, эксперименты показали, что патогены, более успешные или универсальные «в прошлом», оказались более удачливыми и в «настоящем». Успеху захватчиков могли помешать богатство, изобилие и плотность видов (как свободноживущих, так и патогенных) в сообществе, которое подверглось нападению. Ученые объясняют это конкуренцией между древними и современными патогенами, а также разбавляющим эффектом высокого разнообразия. Другими словами, разнообразие как «хороших», так и «плохих» микроорганизмов дает сообществу потенциальную защиту от смертельного «черного лебедя».

Так что древние микробы могут действительно представлять угрозу для человека, и не только в качестве непосредственных возбудителей болезней. Они также могут стать источниками новых инфекций среди животных, а пример пандемии COVID-19 показывает нам, что бывает, когда очередной патоген животных «научится» жить в человеческом организме. Конечно, подобные события по своей природе непредсказуемы, но их моделирование помогает оценить потенциальные риски.

Фото: https://www.wallpaperflare.com и https://www.flickr.com

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!